PRESENTACION El presente manual de formación modular “MECANICA BASICA DE MAQUINARIA PESADA” brinda facilidades al estudiante de capacitarse en el conocimiento integral del funcionamiento del motor de combustión interna de cuatro tiempos y los demás componentes mecánicos de importancia en el equipo mecánico. Al finalizar el modulo formativo el alumno estará en la capacidad de conocer el funcionamiento de los componentes mecánicos de la maquinaria pesada y con capacidades de diagnosticar posibles anomalías de sobre esfuerzo al equipo mecánico. 1 INDICE GENERAL 1 EL MOTOR .................................................................................................................................................... 7 1.1 1.1.1 1.2 TIPOS DE MOTORES ............................................................................................................................ 7 MOTORES DE COMBUSTIÓN ...................................................................................................... 8 TIPOS DE MOTOR SEGÚN EL NÚMERO Y LA DISPOSICIÓN DE LOS CILINDROS. ................................ 10 1.2.1 MOTORES DE CILINDROS EN LÍNEA.-........................................................................................ 10 1.2.2 MOTORES DE CILINDROS EN "V".-............................................................................................ 11 1.2.3 MOTORES DE CILINDROS OPUESTOS O "BÓXER".- .................................................................. 11 1.3 ELEMENTOS DE QUE CONSTA EL MOTOR DE COMBUSTION INTERNA ............................................ 12 1.3.1 ELEMENTOS ESTÁTICOS DEL MOTOR ....................................................................................... 12 1.3.2 ELEMENTOS DINÁMICOS DEL MOTOR ..................................................................................... 15 1.4 SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN.- ............................................................................................................ 20 1.4.1 ELEMENTOS DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN .......................................................................... 20 1.4.2 BALANCINES.- ........................................................................................................................... 21 1.4.3 VÁLVULA.- ................................................................................................................................ 22 1.4.4 DIFERENCIA ENTRE LAS VÁLVULAS DE ADMISIÓN Y ESCAPE. .................................................. 22 1.5 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL.- ......................................................................................... 26 1.5.1 ¿QUÉ ES UN CICLO? .................................................................................................................. 26 1.5.2 QUE ES EL CICLO DE TRABAJO? ................................................................................................ 26 1.5.3 ADMISIÓN.- .............................................................................................................................. 26 1.5.4 COMPRESIÓN.- ......................................................................................................................... 27 1.5.5 EXPANSIÓN O FUERZA.- ........................................................................................................... 27 1.5.6 ESCAPE.- ................................................................................................................................... 28 1.5.7 ORDEN DE ENCENDIDO DE UN MOTOR. .................................................................................. 29 1.5.8 MEDICIONES Y CARACTERÍSTICAS DE UN MOTOR. .................................................................. 29 1.6 SISTEMA DE ADMISIÓN DE AIRE. ...................................................................................................... 31 1.6.1 CONJUNTO DEL FILTRO DE AIRE. .............................................................................................. 32 1.6.2 Múltiples de admisión. ............................................................................................................. 32 1.6.3 CONDUCTOS DE ADMISIÓN DE AIRE. ....................................................................................... 32 1.6.4 MOTORES DE ASPIRACIÓN NATURAL.- .................................................................................... 32 1.7 1.7.1 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN EN LOS MOTORES DIESEL ................................................................... 33 CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN DE AIRE ..................................................................................... 33 ................................................................................................................................................................... 34 1.7.2 CIRCUITO DE BAJA PRESIÓN ..................................................................................................... 34 1.7.3 CIRCUITO DE ALTA PRESIÓN ..................................................................................................... 35 1.7.4 SOBREALIMENTACIÓN ............................................................................................................. 36 1.8 SISTEMA DE ESCAPE. ......................................................................................................................... 39 1.8.1 MÚLTIPLE DE ESCAPE: .............................................................................................................. 39 1.8.2 CONVERTIDOR CATALÍTICO O CATALIZADOR ........................................................................... 39 2 1.8.3 2 Silenciadores ............................................................................................................................ 39 SISTEMA DE REFRIGERACION DEL MOTOR ................................................................................................ 40 2.1.1 2.2 3 5 FUNCIÓN DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO. ..................................................................................... 41 2.2.1 PRINCIPIO DE OPERACIÓN ....................................................................................................... 41 2.2.2 TRANSFERENCIA DE CALOR.- .................................................................................................... 42 2.2.3 COMPONENTES DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO................................................................... 43 2.2.4 LA BOMBA DE AGUA.- .............................................................................................................. 43 2.2.5 EL ENFRIADOR DE ACEITE ......................................................................................................... 43 2.2.6 LOS CONDUCTOS A TRAVÉS DEL BLOQUE DEL MOTOR Y LA CULATA.-.................................... 44 2.2.7 EL REGULADOR DE TEMPERATURA (TERMOSTATO) Y CAJA DEL REGULADOR ....................... 44 2.2.8 EL RADIADOR.- ......................................................................................................................... 45 SISTEMA DE LUBRICACIÓN ........................................................................................................................ 47 3.1 4 REFRIGERACIÓN POR LÍQUIDO ................................................................................................. 40 ¿QUÉ ES LUBRICACIÓN? .................................................................................................................... 48 3.1.1 ¿QUÉ ES EL ACEITE? ................................................................................................................. 48 3.1.2 REFINACIÓN.- ........................................................................................................................... 49 3.1.3 CIRCULACIÓN DE ACEITE.- ........................................................................................................ 49 3.1.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEITES .......................................................................................... 50 3.1.5 LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEITES SON: ........................................................................... 50 3.1.6 DESIGNACIÓN DE LOS ACEITES ................................................................................................ 50 3.1.7 ADITIVOS.- ................................................................................................................................ 51 3.1.8 VISCOSIDAD.-............................................................................................................................ 52 3.1.9 ¿CÓMO ELEGIR UN LUBRICANTE?-........................................................................................... 52 3.1.10 CAMBIO DE ACEITE.- ............................................................................................................ 53 3.1.11 LOS COMPONENTES PRINCIPALES DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN ..................................... 53 SISTEMA DE ARRANQUE. .......................................................................................................................... 58 4.1.1 MOTOR DE ARRANQUE.- .......................................................................................................... 58 4.1.2 MISIÓN DEL MOTOR DE ARRANQUE.-...................................................................................... 58 4.1.3 EN LOS MOTORES DE ARRANQUE SE DEBEN CONSIDERAR DOS PARTES BIEN DIFERENCIADAS: 59 4.1.4 SOLENOIDE.- ............................................................................................................................. 60 4.1.5 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE ARRANQUE ..................................................................... 60 HIDRÁULICA ............................................................................................................................................... 63 5.1 LEY DE PASCAL .................................................................................................................................. 63 5.2 LEY DEL MENOR ESFUERZO ............................................................................................................... 64 5.3 ENERGIA HIDRAULICA EN ACCION .................................................................................................... 64 5.4 RESISTENCIA AL FLUJO - PERDIDAS POR FRICCION ........................................................................... 65 5.5 CONCEPTOS BASICOS ........................................................................................................................ 65 5.5.1 FUERZA ..................................................................................................................................... 65 5.5.2 AREA ......................................................................................................................................... 65 5.5.3 PRESIÓN ................................................................................................................................... 65 5.5.4 ENERGÍA ................................................................................................................................... 66 136 5.5.5 TRABAJO ................................................................................................................................... 66 5.5.6 TORQUE O TORSION................................................................................................................. 66 5.5.7 POTENCIA ................................................................................................................................. 66 5.5.8 CABALLOS DE FUERZA .............................................................................................................. 67 5.6 COMPONENTES DE UN SISTEMA HIDRAULICO ................................................................................. 67 5.7 BOMBA HIDRAULICA: ........................................................................................................................ 67 5.7.1 BOMBA DE ENGRANAJES: ........................................................................................................ 67 5.7.2 BOMBA DE PALETAS: ................................................................................................................ 68 5.7.3 FILTRO DE ACEITE: .................................................................................................................... 69 5.7.4 VÁLVULA DE CONTROL O DIRECCIONAL: ................................................................................. 70 5.7.5 VALVULA DE PRESION MAXIMA O VALVULA DE ALIVIO: ......................................................... 70 5.8 5.8.1 CONTAMINACIÓN POR PARTÍCULAS FINAS .............................................................................. 73 5.8.2 CONTAMINACION POR MATERIAS GRUESAS ........................................................................... 73 5.8.3 AEREACION Y CAVITACION ....................................................................................................... 74 5.8.4 FALTA DE ACEITE ...................................................................................................................... 74 5.8.5 PRESION EXCESIVA ................................................................................................................... 74 5.8.6 TEMPERATURA ELEVADA DEL ACEITE ...................................................................................... 75 5.9 6 ANÁLISIS DEL SISTEMA HIDRÁULICO ................................................................................................. 75 5.9.1 INSPECCION VISUAL ................................................................................................................. 75 5.9.2 PRUEBAS OPERACIONALES ....................................................................................................... 76 5.9.3 PRUEBAS CON INSTRUMENTOS ............................................................................................... 76 5.9.4 LAVADO DE SISTEMAS HIDRAULICOS CONTAMINADOS .......................................................... 77 SISTEMA DE FRENOS .................................................................................................................................. 81 6.1 TIPOS DE FRENOS .............................................................................................................................. 81 6.1.1 EL FRENADO CON ZAPATAS: .................................................................................................... 81 6.1.2 EL FRENADO CON DISCOS: ....................................................................................................... 81 6.2 7 CAUSA DE PROBLEMAS EN LAS BOMBAS HIDRAULICAS ................................................................... 73 FRENOS EN LA MAQUINARIA PESADA .............................................................................................. 82 6.2.1 DE ZAPATA DE EXPANSIÓN: ..................................................................................................... 82 6.2.2 DE TUBO EXPANSOR:................................................................................................................ 83 6.2.3 DE BANDA CONTRÁCTIL: .......................................................................................................... 83 6.2.4 DE DISCO CON MORDAZA: ....................................................................................................... 83 6.2.5 DE DISCOS MÚLTIPLES: ............................................................................................................ 84 SISTEMA DE TRANSMISIÓN ....................................................................................................................... 85 7.1 FINALIDAD DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN. .................................................................................... 85 7.1.1 TIPOS DE TRANSMISIÓN.-......................................................................................................... 85 7.1.2 TRANSMISIONES MECÁNICAS .................................................................................................. 85 7.1.3 COMPONENTES DE LA TRANSMISION MECANICA.- ................................................................. 86 7.1.4 TIPOS DE TRANSMISIONES MECÁNICAS.- ................................................................................ 86 7.1.5 TRANSMISION AUTOMATICA.- ................................................................................................. 87 7.1.6 TRANSMISION HIDROESTATICAS.- ........................................................................................... 88 136 7.1.7 TRANSMISION ELECTRICA.- ...................................................................................................... 89 FRENADO.- .......................................................................................................................................................... 90 7.1.8 8 9 ALTERNADOR PRINCIPAL.- ....................................................................................................... 91 CONVERTIDOR PAR .................................................................................................................................... 91 8.1 FUNCIONAMIENTO ........................................................................................................................... 93 8.2 ENGRANAJE PLANETARIO ................................................................................................................. 96 CAJA DE CAMBIOS MECANICA O MANUAL ................................................................................................ 99 9.1 ESQUEMA Y MECANISMO DE OPERACIÓN ..................................................................................... 100 9.2 TIPOS DE EMBRAGUE ...................................................................................................................... 100 9.3 EMBRAGUE DE FRICCIÓN ................................................................................................................ 100 9.3.1 ACCIONAMIENTO DEL EMBRAGUE ........................................................................................ 101 9.3.2 ACCIONAMIENTO MECÁNICO ................................................................................................ 101 9.3.3 ACCIONAMIENTO HIDRÁULICO .............................................................................................. 101 9.4 FUNCIONAMIENTO DEL EMBRAGUE............................................................................................... 101 9.5 DISCO DE EMBRAGUE ..................................................................................................................... 102 9.5.1 CUBIERTA DE EMBRAGUE ...................................................................................................... 102 9.5.2 RESORTE DE DIAFRAGMA ....................................................................................................... 102 9.5.3 PRENSA ................................................................................................................................... 103 9.5.4 CONFIGURACIÓN DE LA TRANSMISIÓN ................................................................................. 105 9.5.5 MECANISMO SINCRONIZADO ................................................................................................ 106 9.5.6 MECANISMO DE OPERACIÓN DE LA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA ....................................... 109 9.5.7 MECANISMO DE CAMBIO ....................................................................................................... 110 9.5.8 TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA ................................................................................................. 110 9.5.9 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA ........................................... 110 9.5.10 10 PRECAUCIONES EN EL USO DE LAS TRANSMISIONES AUTOMÁTICAS ............................... 110 CAJA DE CAMBIOS POWER SHIFT.- ...................................................................................................... 112 10.1 COMPONENTES BÁSICOS DEL POWER SHIF PLANETARIA: ......................................................... 112 10.2 MECANISMO PLANETARIO.- ....................................................................................................... 113 10.3 PARTES DEL SISTEMA PLANETARIO.- .......................................................................................... 113 11 ÁRBOL DE TRANSMISIÓN .................................................................................................................... 115 11.1 12 UNIÓN UNIVERSAL...................................................................................................................... 116 EL DIFERENCIAL ................................................................................................................................... 116 12.1 ENGRANAJE FINAL ...................................................................................................................... 117 12.2 ENGRANAJE DIFERENCIAL ........................................................................................................... 117 12.3 MANDOS FINALES.-..................................................................................................................... 120 12.4 COMPONENTES DE LOS FRENOS. ............................................................................................... 120 12.5 COMPONENTES DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN CON DIFERENCIAL .............................................. 121 12.6 MOTOR Y BOMBA DE DIRECCIÓN. .............................................................................................. 121 12.7 MOTOR DE LA DIRECCIÓN. ......................................................................................................... 121 12.8 BOMBA DE DIRECCIÓN. .............................................................................................................. 121 12.9 COMPONENTES DEL JUEGO DE ENGRANAJES PLANETARIOS DE LA DIRECCIÓN ........................ 122 136 12.10 12.10.1 COMPONENTES DE LOS FRENOS. ............................................................................................... 123 JUEGO DE LA CORONA DE DIRECCIÓN. .............................................................................. 123 12.11 PIÑÓN DIFERENCIAL. .................................................................................................................. 123 12.12 DIVISOR DE PAR .......................................................................................................................... 125 12.13 CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS. .................................................................................................. 126 13 MEDIOS DE LOCOMOCIÓN .................................................................................................................. 126 13.1 MEDIOS DE LOCOMOCIÓN ......................................................................................................... 127 13.2 TRENES DE RODAMIENTO DE ORUGAS Y SUS PARTES ............................................................... 128 14 SISTEMA ELÉCTRICO ............................................................................................................................ 128 14.1 TIPOS DE CADENAS ..................................................................................................................... 131 14.2 NEUMÁTICOS: ............................................................................................................................. 134 136 “ 1 EL MOTOR El motor es una máquina conformada por un conjunto de piezas perfectamente sincronizadas, utiliza diferentes combustibles para su funcionamiento, transformando dicha energía en movimiento o energía mecánica con la finalidad de accionar cualquier mecanismo existente. 1.1 TIPOS DE MOTORES a) Motor Eléctrico 136 “ b) Motor Neumático 1.1.1 MOTORES DE COMBUSTIÓN Es una maquina térmica de embolo alternativo lineal que transforma energía calorífica producto de una combustión en energía mecánica. 1.1.1.1 TIPOS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN. a). Motor de combustión interna.Conjunto de mecanismos perfectamente sincronizados, que se encargan de transformar la energía calorífica o térmica contenida en los combustibles, en una energía mecánica o cinética de movimiento. 136 b). Motor de Combustión externa.En este motor la combustión o expansión de los gases se realiza fuera de los cilindros, ya no se usa por ser demasiados lentos. 1.1.1.2 TIPOS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA. Pueden ser clasificados a su vez, según la forma de realizarse la combustión en: De explosion (utilizan gasolina). Se caracteriza porque la combustión se realiza con la intervención de chispa. Se denominan motores de explosión. 1.1.1.3 DE COMBUSTIÓN O DIESEL (UTILIZAN GASOIL). Se caracteriza porque la combustión se realiza por autoencendido debido a las altas temperaturas alcanzadas por efecto de la presión. Se denominan motores de combustión diesel. Generalmente, los motores utilizados en los vehículos ligeros son de explosión y combustión. 136 Los utilizados en vehículos pesados son de combustión, debido a su menor consumo y mayor duración. Pueden ser de dos tipos: alternativos y rotativos. Los más utilizados son los alternativos y menos los motores rotativos (Wankel). 1.2 TIPOS DE MOTOR SEGÚN EL NÚMERO Y LA DISPOSICIÓN DE LOS CILINDROS. El motor puede alojarse en la parte delantera del vehículo o en la parte trasera; puede ir colocado longitudinal o transversalmente al eje del vehículo. La disposición relativa de los cilindros, puede ser: Motor de cilindros en línea. Motor de cilindros en "V". Motor de cilindros horizontales opuestos (bóxer). 1.2.1 MOTORES DE CILINDROS EN LÍNEA.- Los cilindros van colocados unos a continuación de los otros. El número de cilindros más utilizados son los de 4,6 y 8 cilindros. Los de cuatro cilindros son los más utilizados en los vehículos de serie. 136 1.2.2 MOTORES DE CILINDROS EN "V".- Los cilindros forman dos bloques colocados en "V", compartiendo el mismo cigüeñal. El número de codos será igual a la mitad de los cilindros que tenga el motor. En cada uno de los codos del cigüeñal se articulan dos bielas. Son utilizados para acortar la longitud de los motores que tengan un número elevado de cilindros. 1.2.3 MOTORES DE CILINDROS OPUESTOS O "BÓXER".- Los cilindros se colocan en sentido horizontal en bloques opuestos y son ruidosos, por ser refrigerados por aire generalmente. Con este montaje se reduce la altura del motor a costa de utilizar más espacio lateral. 136 1.3 ELEMENTOS DE QUE CONSTA EL MOTOR DE COMBUSTION INTERNA Estos elementos se pueden dividir en dos grandes grupos 1.3.1 ELEMENTOS ESTÁTICOS DEL MOTOR 1.3.1.1 BLOQUE DE CILINDROS (MONOBLOCK) 136 Es el elemento principal del motor. En él se pueden distinguir dos partes: los cilindros y la bancada o cárter superior. 1.3.1.2 LOS CILINDROS Son unas oquedades cilíndricas donde se desplazará el pistón realizando un movimiento lineal alternativo entre sus dos posiciones extremas (P.M.S. punto muerto superior y P.M.I. punto muerto inferior). Los cilindros pueden formar parte del mismo bloque o ser independiente de éstos. Además el bloque está diseñado para: Acoplar la bomba de refrigeración. Los conductos necesarios para la circulación de la refrigeración y engrase. Los apoyos del cigüeñal y el árbol de levas. Los acoplamientos del distribuidor de encendido, filtro de aceite y bomba de gasolina. 1.3.1.3 LA BANCADA O CÁRTER SUPERIOR Es la parte inferior del bloque, destinada a contener y sujetar el cigüeñal. Existen tres tipos de bloques según el montaje y sujeción de los cilindros. Estos son: Bloque integral.- Lo forma una sola pieza, con cámaras para el líquido refrigerante. Los cilindros se obtienen en bruto, pasando después a realizarse una mecanización para conseguir un acabado perfecto. Con este sistema, el cilindro inicial fundido (hierro fundido) es de una medida menor que el cilindro final. Bloque de camisas secas.- Su principal ventaja es que al producirse el desgaste de estas camisas se pueden colocar otras nuevas de la misma medida que las originales, con lo que se conserva el diámetro original de los pistones. 136 Bloque de camisas húmedas.- El bloque es totalmente hueco y las camisas, no se introducen a presión, sino que se apoyan sobre el bloque formando las cámaras de agua, estando en contacto directo las camisas con el agua. Este bloque es el que mejor refrigeración ofrece, teniendo como inconveniente la dificultad de permanecer ajustadas en su montaje las camisas. 1.3.1.4 CULATA Es la pieza que va montada en la parte superior de bloque, que hace de tapa y cierra a los cilindros, formando la cámara de combustión. Se clasifican en: Culata para motor con válvulas.- El bloque lleva los orificios donde se alojan las válvulas de admisión y escape. La culata constituye la tapadera de los cilindros, la cámara de compresión y los orificios para las bujías. Es barata y de fácil construcción. En la actualidad está en desuso. Culata para motor con válvulas en cabeza y árbol de levas lateral.- Lleva las cámaras de refrigeración (C), los orificios de admisión (A) y escape (E), orificios para las bujías, así como los practicados para el sistema de accionamiento de las válvulas (balancines y empujadores), y la cámara de combustión. Culata para motores con válvulas y árboles de levas en cabeza.- En la actualidad es el tipo más usado debido a que el mando de la distribución se simplifica mucho al agruparse todos los órganos en un espacio muy reducido y eliminarse los empujadores (varillas). c) Junta de culata.Su misión es mantener la estanqueidad entre las superficies del bloque y la culata y evitar que los gases que provienen de la combustión entren en las cámaras de refrigeración. La junta de culata lleva taladrados todos los orificios que llevan la culata y el bloque en sus caras de contacto. 136 1.3.1.5 CÁRTER Su misión es la de proteger a los órganos mecánicos inferiores. Sirve de depósito para alojar el aceite del motor una vez que ha recorrido todo el circuito de lubricación y del que, a través de la bomba de engrase que va alojada en su interior, se vuelve a recoger para empezar de nuevo su recorrido. 1.3.1.6 TAPA DE BALANCINES Su misión es la de proteger los órganos de la distribución: árbol de levas, taqués y balancines (mecanismos de apertura de las válvulas), y a su vez evita que se salga el aceite que sirve. 1.3.2 ELEMENTOS DINÁMICOS DEL MOTOR a) Pistón.- Es el elemento móvil que se desplaza en el interior del cilindro. Recibe directamente la fuerza de expansión de los gases durante la combustión, que le obliga a desplazarse con un movimiento lineal alternativo entre sus dos posiciones extremas (PMS - PMI). 136 Los pistones realizan tres trabajos principales: - Transmiten la fuerza de combustión a la biela y al cigüeñal. - Sellan la cámara de combustión. - Disipan el calor excesivo de la cámara de combustión. 1.3.2.1 PARTES DEL PISTÓN -Cabeza -Ranuras y resaltos de los anillos -Orificio del pasador de biela -Anillo de retención -Faldón de tope a.2) Anillos de pistón : contiene la cámara de combustión. : sujetan los anillos de compresión y de control de aceite. : contiene un pasador que conecta el pistón con la biela : mantiene el pasador de biela dentro del orificio del 2pasador. : soporta las presiones laterales. 136 Los anillos de pistones sellan la cámara de combustión donde se enciende la mezcla de aire/combustible. Además de sellar la cámara de combustión, los anillos de pistón raspan el aceite de las paredes del cilindro y lo dirigen otra vez hacia el cárter. -Tipos de anillos (1)Anillos de compresión.- Los anillos de compresión sellan la parte inferior de la cámara de combustión impidiendo que los gases de combustión se fuguen por los pistones. (2)Anillos de control de aceite.- Los anillos de control de aceite lubrican las paredes de la camisa del cilindro al moverse el pistón hacia arriba y hacia abajo. Bielas.- Las bielas están conectadas a cada uno de los pistones por medio de un pasador de biela. La biela transmite la fuerza de combustión del pistón al cigüeñal. 1.3.2.2 PARTES DE LA BIELA.1.- Buje del pasador de biela. 2.- Vástago. 3.- Tapa. 4.- Pernos y tuercas de biela. 5.- Cojinetes de biela. 136 1.3.2.3 AGUJERO DEL PIE DE BIELA Y BUJE DEL PASADOR DE BIELA: El agujero del pie de biela contiene el buje del pasador de biela. Este buje está dentro del agujero del pie de biela (3). Los bujes son una clase de cojinete que distribuye la carga y pueden repararse cuando están desgastados. 2.- Vástago. El vástago se extiende a lo largo de la biela. Tiene forma de viga en “T” para una mayor resistencia y rigidez. 3.- Tapa. El orificio y la tapa del cigüeñal están en el extremo grande de la biela. Rodean el muñón del cojinete de biela del cigüeñal y conectan la biela con el cigüeñal. 4.- Pernos y tuercas de biela. El perno y la tuerca de la biela sujetan la biela y la tapa al cigüeñal. Éste es el extremo del cigüeñal o el extremo grande de la biela. 5.- Cojinetes de biela Los cojinetes de biela están en el extremo del cigüeñal de la biela. El cigüeñal gira dentro de los cojinetes de biela que soportan la carga. 1.3.2.4 EL CIGÜEÑAL.Es un eje denominado también árbol motor. Su misión es la de convertir el movimiento lineal del pistón, en movimiento giratorio, para transmitirlo posteriormente a las ruedas a través del sistema de transmisión. Es de acero especial y con las superficies de rozamiento pulidas. 1.3.2.5 PARTES DEL CIGÜEÑAL Contrapesos.- Ciertas nervaduras tienen contrapesos para equilibrar el cigüeñal. Estos contrapesos pueden formar parte del forjado del cigüeñal o en ciertos casos están empernadas. 136 2.- Muñones de cojinetes de bancada.- Tiene la función de limitar el movimiento hacia adelante y hacia atrás del cigüeñal llamado juego longitudinal. 3.- Muñones de cojinetes de biela.- Los muñones de los cojinetes de biela determinan la posición de los pistones. Cuando los muñones están arriba, los pistones están en el punto muerto superior. Cuando los muñones están abajo, los pistones están en el punto muerto inferior. 4.- Nervadura.- Los muñones de los cojinetes de bancada y los muñones de los cojinetes de biela están sujetos por medio de nervaduras. El radio entre la nervadura y el muñón se denomina curva de unión cóncava. c.1.1) cojinetes.- Los metales de los cojinetes principales del cigüeñal son secciones circulares partidos que se envuelven alrededor de los muñones principales del cigüeñal. La mitad superior del metal de cojinete tiene uno o más orificios de aceite que permiten que el lubricante cubra la superficie interior del metal de cojinete. Lubricación de los cojinetes.- Las mitades superiores de los cojinetes de bancada tienen un orificio de engrase y, normalmente, una ranura, de modo que el aceite lubricante se alimente continuamente por el orificio de lubricación de los muñones de los cojinetes de bancada. 1.3.2.6 VOLANTE DE INERCIA.La misión del volante es la de regularizar el funcionamiento del motor, almacenando la energía obtenida durante el tiempo de combustión y cediendo esta energía en los tiempos pasivos, manteniendo así la regularidad en el giro. En un motor de cuatro tiempos, sólo existe un tiempo que produce trabajo (explosión) y tres tiempos resistentes, con lo cual el movimiento a transmitir no sería uniforme o regular. 136 1.3.2.7 PARTES DEL VOLANTE DE INERCIA Volante. El volante esta empernado a la parte trasera, o caja del volante. brida del cigüeñal en la Finalidad del volante: El volante realiza tres funciones: a.- Almacena energía para ganar momento entre tiempos de combustión. b.- Hace que la velocidad del cigüeñal sea uniforme. c.- Transmite potencia a una máquina, al convertidor de par o a otra carga. Corona dentada. La corona, que está ubicada alrededor del volante, se usa para arrancar el motor. Caja de volante. Es la carcasa o caja que sirve como protector del volante. 1.4 SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN.- El sistema de distribución es el conjunto de elementos que regulan la apertura y cierre de válvulas en el momento oportuno y a su vez la entrada de la mezcla, (gases frescos) y la salida de los gases residuales de los cilindros, en el momento adecuado después de producirse la explosión. Del momento en el cual se realice la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape, así será el correcto funcionamiento del motor (avance y retraso a la apertura y cierre de las válvulas correspondientes) 1.4.1 ELEMENTOS DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN Los elementos principales de la distribución son: árbol de levas, engranaje de mando, y las válvulas con sus muelles. Se clasifican, de acuerdo con su función en: 136 - Elementos interiores Válvula de admisión Válvulas de escape Elementos de exteriores Árbol de levas. Elementos de mando. Taqués. Balancines Elementos interiores Estos elementos son las válvulas de admisión y las válvulas de escape. 1.- balancín 2.- válvula 3.- árbol de levas 4.- lóbulo de leva 5.- levantador 6.- varilla de empuje 7.- engranajes de transmisión 8.- faja o cadena 9. - Cigüeñal 1.4.2 BALANCINES.- Son piezas metálicas con forma de dos brazos de palanca unidos a un eje de giro común. Están constituidos por, Brazo de admisión, Eje de giro, Brazo de empuje. Su función es la recibir el movimiento rectilíneo desde la varilla alzaválvulas y cambiar su dirección a fin de accionar la válvula. 136 1.4.3 VÁLVULA.- Son los elementos de la distribución que se encargan de permitir el ingreso del aire purificado y la salida de los gases quemados. 1.4.3.1 PARTES DE LA VÁLVULA 1. Ranura del candado.- estas ranuras son las que permiten asegurar a la válvula con el sombrero de resorte en algunas válvulas: se tiene solo una ranura; en motores de alta revolución tienes 2 ranuras de seguro. 2. Cabeza.- es la parte circular de la válvula existen varios tipos de válvula según la forma de la cabeza de la válvula. 3. Margen.- representa el espesor de la válvula entre la cabeza y la cara y sirve para evitar que se deforme o se queme por efecto del calor. 4. Cara.- es la parte de la válvula que asienta sobre el asiento y produce un cierre hermético de esta; el Angulo de la cara normalmente es de 30° a 45°. 5. Vástago.- es la parte central de la válvula que se desplaza en la guía de válvula y en los extremos se encuentra las ranuras de seguridad, donde va montado los seguros de media luna, que evitan que el resorte se salga de la válvula. 1.4.4 DIFERENCIA ENTRE LAS VÁLVULAS DE ADMISIÓN Y ESCAPE. a) Cuando las válvulas son de diferente tamaño, las de cabeza más larga o grande son de admisión. 136 b) Cuando las marcas están con letra, las de admisión llevan “IN”, y las de escape llevan “EX”. c) Durante su trabajo en el motor las que se abren al bajar el pistón son las de admisión, y las que se abren al subir el pistón son las de escape. d) Cuando el motor ya está funcionando las válvulas adquieren un color diferente, las de admisión son de color grisado oscuro y las de escape un color ladrillo. 1.4.4.1 UBICACIÓN. Las válvulas de los motores Diésel se instalan en la culata y pueden ser dos, tres o cuatro por cilindro, según el diseño del motor. Y en algunos casos, están dispuestas verticalmente a causa de la forma plana de la cámara de combustión, Se accionan por buzos, varillas y balancines, o bien directamente, cuando el árbol de levas está situado en la culata. Partes que acompañan a las válvulas.- Estas partes están en contacto con la culata del cilindro, pudiendo ser asientos o casquillos: Árbol de levas.- El árbol de levas controla los eventos de apertura y cierre de las válvulas. El cigüeñal acciona al árbol de levas mediante una conexión de engranajes, de cadena o de correa. El árbol de levas gira a la mitad de la velocidad del cigüeñal para mantener el tiempo correcto de los cuatro ciclos de la combustión. 136 Lóbulo de leva.- lóbulos del árbol de levas que accionan a los levantadores, varillas de empuje y balancines. 136 Levantador o buzo.- Constan de un cuerpo de forma cilíndrica, que en algunos casos dispone de huecos con lados abiertos que tienen por finalidad reducir el peso de la pieza.. Varilla de empuje.- Son piezas rectas construidas de acero. Los extremos son terminados de forma que puedan adaptarse a las superficies de apoyo de los buzos y los balancines. 1.4.4.2 ENGRANAJES DE TRANSMISIÓN.Es cuando el piñón del eje cigüeñal engrana directamente con el eje de levas. El eje o piñón del eje cigüeñal debe tener una cantidad menor de dentado que el eje de levas. Ejemplo, Si el dentado del cigüeñal es de 25 dientes, el eje de levas debe tener el doble dentado. 136 Faja o cadena.- El eje de levas puede ser accionado por cadena o correa de distribución o piñón intermedio. Cuando el eje de levas este montado en la culata puede ser impulsado por el cigüeñal por intermedio de una cadena o correa de distribución. Cuando es por correa dentada su funcionamiento debe ser en forma seca, ó sea no debe estar en contacto por aceite, agua o cualquier otra impureza. Cuando la distribución es indirecta por piñón intermedio, tiene que haber tres piñones para la sincronización, los cuales sería un piñón del eje cigüeñal, un eje de levas y un piñón intermedio entre ambos ejes. 1.4.4.3 ELEMENTOS DE MANDO El sistema de mando está constituido por un piñón del cigüeñal, colocado en el extremo opuesto al volante motor y por otro piñón que lleva el árbol de levas en uno de sus extremos, que gira solidario con aquél. En los motores diesel se aprovecha el engranaje de mando para dar movimiento, generalmente, a la bomba inyectora. El acoplamiento entre ambos piñones se puede realizar por alguno de los tres sistemas siguientes: 1.5 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL.- El ciclo del funcionamiento de los motores Diesel se caracteriza por la combustión del combustible, que se efectúa por medio de la presión y el calor facilitado por la elevada compresión del aire, en el interior de los cilindros. 1.5.1 1.5.2 ¿QUÉ ES UN CICLO? Es un conjunto de operaciones o tiempos que realizan los pistones para obtener un trabajo. Estas operaciones o tiempos se repiten miles de veces por minuto en cada cilindro del motor. QUE ES EL CICLO DE TRABAJO? Es el desplazamiento del pistón, por efecto de la expansión de los gases debido a la gran temperatura que se genera al quemar combustible y aire (oxígeno). 1.5.3 ADMISIÓN.- Comienza cuando el pistón se encuentra en el punto muerto superior (PMS). Se abre la válvula de admisión y el pistón baja provocando una succión, la cual ayuda a precipitar el aire dentro del cilindro hasta llenarlo. 136 Cuando el pistón llega al punto muerto inferior (PMI), se cierra la válvula de admisión. El Cigüeñal ha girado media vuelta con una carrera del pistón. 1.5.4 COMPRESIÓN.- Las válvulas de admisión y escape se encuentran cerradas, el pistón sube comprimiendo el aire en el interior del cilindro y aumentando la presión y temperatura. El cigüeñal ha girado una vuelta, y con esta se han realizado dos carreras del pistón. 1.5.5 EXPANSIÓN O FUERZA.- Al finalizar la carrera de compresión, el aire comprimido en la cámara de combustión alcanza la presión y la temperatura ideales. Estando el pistón en el PMS, se inyecta el combustible al interior del cilindro. En ese momento se produce la combustión y los gases resultantes, en su expansión, empujan el pistón hacia abajo hasta llegar al PMI. El cigüeñal ha girado una y media vueltas con tres carreras del pistón. Esta carrera es la única que se denomina útil, por ser la que produce fuerza. 136 1.5.6 ESCAPE.- El pistón sube desde el PMI, se abre la válvula de escape, que permite la salida de los gases al exterior, expulsados por el pistón; al llegar al PMS, se cierra la válvula de escape. El cigüeñal ha girado dos vueltas con cuatro carreras del pistón, completando un ciclo de trabajo. 136 1.5.7 ORDEN DE ENCENDIDO DE UN MOTOR. El orden de encendido en los motores se establece para que los esfuerzos que recibe el cigüeñal en cada explosión se repartan lo más distanciados posible y no se produzcan las explosiones seguidas, una cerca de la otra; consiguiéndose de esta manera una marcha más suave y regular del motor. Motores en línea 4 Cilindros 6 cilindros ORDEN DEENCENDIDO O COMBUSTION 1-3-4-2 ORDEN DE ENCENDIDO O COMBUSTION 1-5-3-6-2-4 o bien 1-4-2-6-3-5 1.6.2) Motores en "V". 6 cilindros ORDEN DE ENCENDIDO O COMBUSTIÓN 1-3-6-5-4-2 8 cilindros ORDEN DE ENCENDIDO O COMBUSTIÓN 1 - 5 - 4 - 8 - 6 - 3 - 7- 2 Motores de cilindros opuestos o "bóxer". 4 cilindros ORDEN DE ENCENDIDO O COMBUSTIÓN 1- 4 - 3 - 2 1.5.8 MEDICIONES Y CARACTERÍSTICAS DE UN MOTOR. Carrera del pistón.- La relación de compresión es el volumen en el punto PMS comparado con el volumen en el punto PMI durante el tiempo de compresión. 136 1.5.8.1 CALIBRE O DIÁMETRO.Es el diámetro interior del cilindro (D). Este dato se expresa en milímetros. 1.5.8.2 CILINDRADA.Es el volumen existente entre el P.M.S. y el P.M.I. Este dato (cilindrada o volumen) se expresa en centímetros cúbicos o en litros. V = (pi x D2 /4) x carretera Esta es la cilindrada unitaria. 136 1.5.8.3 RELACIÓN DE COMPRESIÓN.La relación de compresión es el volumen en el punto PMS comparado con el volumen en el punto PMI durante el tiempo de compresión. Rc = (V + vc) / vc La relación de compresión en los motores de explosión suele ser entre 7-11 a 1, y en los diesel de 18-24 a 1 aproximadamente, siendo el doble en algunos motores diesel con respecto a los de explosión. 1.5.8.4 POTENCIA.Es el trabajo que produce un motor en la unidad de tiempo. La potencia se mide en caballos de vapor (C.V) o en kilovatios y ésta depende de: La cilindrada. La relación de compresión. El número de revoluciones del motor, hasta un límite. El llenado de los cilindros o relación volumétrica. 1.5.8.5 PAR MOTOR.Es la fuerza que se aplica en la biela y ésta sobre el codo del cigüeñal. El par motor aumenta; hasta alcanzar su máximo valor a la mitad de las revoluciones, aproximadamente que da la máxima potencia. A partir de este punto, si las revoluciones siguen aumentando, el par motor disminuiría por disminuir el llenado de los cilindros. 1.6 SISTEMA DE ADMISIÓN DE AIRE. El sistema de admisión de aire está diseñado para limpiar el aire de admisión y alimentar la mezcla de aire y combustible a los cilindros. • • • Conjunto del filtro de aire. Múltiples de admisión. Conductos de admisión de aire. 136 1.6.1 CONJUNTO DEL FILTRO DE AIRE. El conjunto del filtro de aire incorpora el elemento de filtración del aire. El elemento filtrante quita todas las partículas de suciedad y polvo que entran en el sistema de admisión de aire. 1.6.2 Múltiples de admisión. El múltiple de admisión dirige el aire hacia los cilindros. Los múltiples de admisión se fabrican de aleaciones de aluminio o de compuestos de plástico. Para asegurar una buena carga en los cilindros, los múltiples de la admisión deben tener una superficie interna muy lisa que ofrezca una resistencia mínima al aire que entra. 1.6.3 CONDUCTOS DE ADMISIÓN DE AIRE. La longitud y diámetro de los conductos de entrada del múltiple de admisión también tienen un efecto sobre la eficiencia volumétrica. Durante el funcionamiento del motor a velocidades bajas, los conductos más largos y más estrechos producen una mejor eficiencia volumétrica. Durante el funcionamiento a altas velocidades, los conductos más cortos y más amplios son más eficientes. 1.6.4 MOTORES DE ASPIRACIÓN NATURAL.- Son motores que aspiran la mezcla de aire y combustible a partir del vacío creado por el recorrido hacia abajo del pistón, sin ayuda externa, un motor sólo recibe una carga parcial de aire y combustible. 136 1.7 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN EN LOS MOTORES DIESEL En los motores diesel la alimentación se realiza introduciendo por separado, en el interior de los cilindros, el aire que en el tiempo de compresión alcanza los 600º C, y el combustible que se inyecta a alta presión, los cuales se mezclan en el interior de la cámara de combustión, donde se produce la combustión de esta mezcla. Los factores que influyen sobre la combustión son los siguientes: Un buen llenado de aire. Buena pulverización del combustible. Buen reparto del combustible en el aire. Control de la presión. Duración de la combustión. 1.7.1 CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN DE AIRE El aire de la atmósfera se introduce debidamente filtrado en el interior de los cilindros. La cantidad de aire admitida depende únicamente de la aspiración de los pistones. La necesidad de filtrar el aire en estos motores es la misma que en los de explosión. El aire lleva siempre en suspensión polvo; si se introduce en los cilindros ese polvo actuará como esmeril sobre sus paredes, desgastándolos, dando lugar a un desajuste que llevaría consigo una pérdida de presión en la compresión y el paso del gasoil al aceite, diluyéndolo y perdiendo su viscosidad. Para el filtrado, se coloca en la tubería de admisión un filtro. Circuito de alimentación del combustible Este circuito tiene como misión hacer llegar al cilindro la cantidad de combustible necesario y en las condiciones de presión justas para su buena mezcla con el aire y posterior combustión. En el motor diesel el combustible es llevado desde el depósito a las cámaras de combustión por dos circuitos distintos: Circuito de baja presión. 136 Circuito de alta presión. 1.7.2 CIRCUITO DE BAJA PRESIÓN 1.7.2.1 DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO Llamado igualmente circuito de alimentación; es el encargado de enviar el combustible desde el depósito al dispositivo creador de la alta presión (bomba inyectora), que es necesaria para realizar la introducción y la pulverización del combustible en el interior de la cámara de combustión. La presión enviada desde la bomba de prealimentación a la bomba inyectora es de 1 a 4 bares. El circuito de baja presión está compuesto por los siguientes elementos: A - Depósito de combustible B - Filtro (colador) C - Prefiltro D - Bomba de prealimentación E - Filtro principal F - Válvula de descarga de gasoil G - Tubería de bomba a filtro H - Tubería de filtro a bomba de inyección. I - Tubería sobrante de inyectores. J- Tubo de retorno 136 1.7.3 CIRCUITO DE ALTA PRESIÓN Descripción y funcionamiento Llamado también circuito de inyección. Es el encargado de introducir, pulverizar y repartir en el interior de la cámara de combustión una carga precisa de combustible. El circuito de alta presión está compuesto por los siguientes elementos: - Bomba de inyección. Tubo de inyección. Inyector. El sistema de inyección tiene como misión introducir, al finalizar el tiempo de compresión, una pequeña cantidad de combustible en el seno del aire comprimido, tratando de que se mezcle con la mayor cantidad de aire posible y, por tanto, muy pulverizado. Esta cantidad, pequeña de por sí, ha de ser igual para todos los cilindros y, sin embargo, variable con arreglo a las exigencias de potencia en cada momento; ha de ser inyectado en un breve espacio de tiempo, iniciándose así el principio de la combustión. Para conseguir esa atomización debe inyectarse esa pequeña cantidad a una gran presión. La presión de inyección y las características de la pulverización están a cargo del inyector y su reglaje; la distribución en cantidad necesaria para garantizar el buen funcionamiento está asegurada por la bomba de inyección. BOMBA DE INYECCIÓN La bomba de inyección es el conjunto encargado de suministrar el combustible en la cantidad precisa, en las condiciones necesarias y en el momento adecuado, según las exigencias que se requieran del motor en cada momento. La bomba debe inyectar el gasoil a muy alta presión, pero en poca cantidad y muy bien dosificada, para quemar 1g. de gasoil son necesarios 32 g. de aire para una buena combustión. Un litro de gasoil necesita aproximadamente 13.000 litros de aire, (un 30% más que la gasolina). Así pues la bomba y sus elementos han de reunir una serie de condiciones: Dosificación exacta de la cantidad de combustible a inyectar en función de la potencia del motor. Distribución de caudales iguales para cada cilindro. Inyección en el momento adecuado (orden de inyección). INYECTOR Es el elemento a través del cual se introduce el combustible en la cámara de combustión. De él depende la presión, pulverización, reparto y penetración en la masa de aire gasoil. Son como tubos que van roscados en la culata al igual que las bujías en el motor de explosión. 136 1.7.4 SOBREALIMENTACIÓN La cantidad de aire comburente disponible en cada ciclo determina la potencia posible de un motor diesel. Si al motor le adaptamos un compresor, le permite aumentar la cantidad de aire comburente disponible y, por tanto, asegura el aumento de potencia hasta un 30%. Para introducir el aire suplementario en los cilindros se emplean dos métodos: Compresor volumétrico. Turbocompresor. 136 1.7.4.1 POR TURBOCOMPRESOR Este conjunto es la solución idónea para los motores diesel al conseguir en éstos sus mayores prestaciones. El nombre de turbocompresor, proviene de que este elemento es una turbina situada en el colector de escape, turbina que se encuentra unida por su eje a un compresor situado en el colector de admisión. De esta forma se aprovecha la energía de los gases de escape, sin tener que restar potencia, como en el caso del compresor volumétrico. Las ventajas de la sobrealimentación con turbo y con compresor son: - Mayor rendimiento y prestaciones. Menor consumo de combustible a igualdad de potencia. Mayores prestaciones. 1.7.4.2 INTERCOOLER.Es un sistema compuesto por un intercambiador de calor en el que se introduce el aire calentado que sale del rodete compresor para enfriarlo antes de introducirlo en los cilindros del motor. El aire que incide sobre este intercambiador o radiador proviene del exterior durante la marcha del vehículo y consigue rebajar la temperatura del aire que pasa por el interior del intercooler unos 40 °C (el aire de admisión en motores turboalimentados puede alcanzar hasta 100 °C). 136 1.7.4.3 COMMON RAIL O SISTEMA DE INYECCIÓN DE TUBERÍA COMÚN Es un sistema de inyección diesel de última generación, en la cual, mediante una bomba mecánica se suministra a los inyectores el combustible a una presión de unos 1500 Kp/cm2 (atm), a través de una rampa de alimentación. El control de inyección se produce electrónicamente a través de una Unidad Electrónica de Control (UCE). 1.7.4.4 BUJÍA DE INCANDESCENCIA O CALENTAMIENTO Son resistencias eléctricas que calientan el aire de las cámaras para facilitar la inflamación del gasóleo al arrancar en frío. Lleva una sistema electrónico que determina el tiempo necesario de precalentamiento según la temperatura del motor. Las bujías se hallan situadas en el centro de las cámaras, más o menos, en el eje de los inyectores. 1.7.4.5 CALEFACCIÓN EN LA GALERÍA DE ADMISIÓN La bujía de incandescencia tiene el inconveniente de estar sometida, constantemente, al calor, turbulencias y presiones de la combustión, por lo que su resistencia falla con cierta frecuencia. Para salvar este problema se recurre a calentar el aire antes de entrar en el cilindro. Para ello se utilizan unas resistencias eléctricas, instaladas en la galería de 136 admisión, que se ponen incandescentes al hacer pasar por ellas una corriente eléctrica procedente de la batería. 1.7.4.6 LÍQUIDO INFLAMABLE Generalmente se utiliza éter, y consiste en depositar una pequeña cantidad de este líquido en la entrada del colector de admisión. De esta forma el aire aspirado, se carga de vapores de dicho líquido, inflamándose con facilidad, aún con poco calor que se produce en las primera compresiones. 1.8 SISTEMA DE ESCAPE. El sistema de escape lleva los gases de escape del motor hasta la parte trasera del vehículo, amortigua el ruido producido por la combustión y limpia los gases de escape. 1.8.1 MÚLTIPLE DE ESCAPE: Es la parte del sistema de escape expuesta a temperaturas mayores, se fabrica de un metal duradero tal como el hierro fundido o acero. 1.8.2 CONVERTIDOR CATALÍTICO O CATALIZADOR El convertidor catalítico contiene un catalizador en forma de una estructura de panal de abeja con un tratamiento especial. A medida que los gases de escape se ponen en contacto con el catalizador, los gases se cambian químicamente en gases menos dañinos. 1.8.3 Silenciadores El silenciador reduce el nivel del ruido producido por el motor y también reduce el ruido producido por los gases de escape a medida que se desplazan del convertidor catalítico a la atmósfera. A los silenciadores se les da un tratamiento de revestimiento con un agente anticorrosivo durante la fabricación para incrementar la vida del silenciador. 136 2 SISTEMA DE REFRIGERACION DEL MOTOR El sistema de enfriamiento del motor tiene como función mantener las temperaturas adecuadas del motor. Si falla el sistema de enfriamiento puede ocurrir un daño serio en el motor. Al hablar del motor de explosión decíamos que en su funcionamiento se aprovechaba parte de la energía química existente en un combustible y que se transformaba en energía mecánica. La transformación se hacía mediante la inflamación de la mezcla que producía una explosión. En esta explosión se desarrolla un extraordinario calor, hasta el punto que la mayor parte de la energía que no se utiliza, sí da lugar al calentamiento y por consiguiente a muy elevadas temperaturas en los elementos y piezas de la cámara de explosión, principalmente durante el tiempo de escape. Esta temperatura, que en el momento de la explosión se acerca a los 2.000 grados (temperatura instantánea), produciría una dilatación tal, que las piezas llegarían a agarrotarse, dando lugar por otra parte a una descomposición del aceite de engrase. Ahora bien, no solamente se produce calor en la cámara de compresión, sino también en los cilindros, pues aun cuando en ellos no tiene lugar la explosión y no están sometidos a la temperatura instantánea que ésta provoca, sí lo están a la de los gases durante el tiempo de explosión y por otra parte al calor producido por el frotamiento continuo del pistón sobre sus paredes. Para eliminar en parte ese calor y evitar los perjuicios que puede ocasionar se recurre a la refrigeración de las piezas o elementos del motor que más calor reciben. Ello se consigue con el sistema de refrigeración. Este calor absorbido no ha de ser ni muy poco (ya que produciría dilataciones), ni muy elevado (pues bajaría el rendimiento del motor notablemente). Aproximadamente se eliminará por el sistema de refrigeración un 30% del calor producido en la explosión o combustión. Los sistemas de refrigeración que se utilizan en la actualidad son: Refrigeración por aire. Refrigeración por líquido. 2.1.1 REFRIGERACIÓN POR LÍQUIDO Es el sistema generalizado que utilizan los automóviles actuales. En este sistema cilindros y bloque de cilindros constituyen una envoltura en cuyo interior circula el líquido de refrigeración. El líquido refrigerante circula igualmente por el interior de la culata a través de unos huecos previstos al efecto (cámaras de líquido). Elementos de los sistemas de refrigeración por líquido A continuación describimos los elementos componentes de un sistema de refrigeración por Circulación forzada de líquido: - Cámara de agua. Radiador. Uniones elásticas. 136 - Bomba de agua. Ventilador o electroventilador. Termostato. Elementos de control. 2.2 FUNCIÓN DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO. El sistema de enfriamiento del motor tiene como función mantener las temperaturas adecuadas del motor. Si falla el sistema de enfriamiento puede ocurrir un daño serio en el motor. 2.2.1 PRINCIPIO DE OPERACIÓN El sistema de enfriamiento hace circular refrigerante a través del motor, para absorber el calor producido por la combustión y la fricción. Para hacer este trabajo, el sistema refrigerante aplica el principio de transferencia de calor. 136 2.2.2 TRANSFERENCIA DE CALOR.- El calor siempre se mueve de un objeto caliente (1) a un objeto más frío (2). El calor puede moverse entre metales, fluidos o aire, lo que permite este movimiento de calor es la diferencia de temperaturas relativas entre los objetos. Mientras mayor sea la diferencia de temperatura mayor será la transferencia de calor. 136 2.2.3 COMPONENTES DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO 2.2.4 LA BOMBA DE AGUA.- Se encarga de hacer circular el agua de enfriamiento en forma forzada desde el radiador hasta el block. La bomba de agua se compone de un rodete con paletas curvas contenido en una caja. A medida que el rodete gira, las paletas envían el agua hacia fuera, a la salida formada por la caja. 2.2.5 EL ENFRIADOR DE ACEITE De la salida de la bomba de agua, el refrigerante fluye al enfriador de aceite. Los enfriadores de aceite se componen de una serie de tubos contenidos en una caja. El refrigerante fluye a través de los tubos, y absorbe el calor del aceite del motor que rodea los tubos. El enfriador de aceite transfiere el calor del aceite lubricante, lo que permite que el aceite conserve sus propiedades lubricantes. 136 2.2.6 LOS CONDUCTOS A TRAVÉS DEL BLOQUE DEL MOTOR Y LA CULATA.- El refrigerante se desplaza desde los conductos del bloque del motor hasta la culata, y recoge calor de los asientos y guías de válvula. 2.2.7 EL REGULADOR DE TEMPERATURA (TERMOSTATO) Y CAJA DEL REGULADOR La finalidad esencial del termostato es la de obturar el circuito de refrigeración de forma que se desconecte el radiador en el momento de arranque en frio del motor, a fin de alcanzar más rápidamente la temperatura régimen. Controla la temperatura del agua entre 75°C y 85°C, que es la temperatura ideal para el mejor funcionamiento del motor. 136 2.2.8 EL RADIADOR.- Tiene la misión de ceder al aire, el calor que ha sustraído el motor, al agua de refrigeración. 2.2.8.1 LA TAPA DE PRESIÓN.- Permite llenar el sistema con el refrigerante. - Permite la salida del refrigerante al tanque de reserva - Permite el retorno del refrigerante - Sirve como válvula de seguridad en los sobrecalentamientos - Presuriza el sistema logrando así que el refrigerante alcance más de 100ºC entrar en proceso de ebullición. sin 136 2.2.8.2 VENTILADOR DE ENFRIAMIENTO.El ventilador del radiador impulsa aire fresco del exterior sobre la superficie del radiador para disipar el calor del refrigerante y obtener una transferencia de calor más rápida 2.2.8.3 LÍQUIDOS REFRIGERANTES Se emplea el agua tratada con ciertos aditivos, como líquido refrigerante, debido a su estabilidad química, buena conducción, por su abundancia y economía. El agua sola presenta grandes inconvenientes como: Sales calcáreas que obstruyen las canalizaciones del circuito (dureza). Se corrige destilando el agua. A temperaturas de ebullición es muy oxidante, atacando el circuito y sus elementos. Por debajo de 0º C solidifica y aumenta su volumen, pudiendo inutilizar el circuito de refrigeración. Para evitar estos inconvenientes se mezcla el agua con anticongelante y otros aditivos, Denominándose a la mezcla líquido refrigerante. Este líquido presenta las siguientes 136 Propiedades: Disminuye el punto de congelación del agua hasta - 30º C, según su concentración. Evita la corrosión de las partes metálicas del circuito, debido a los aditivos que entran en su composición. Así, pues, el líquido refrigerante quedará compuesto por: Agua destilada. Anticongelante (etilenglicol). Borax (2 a 3%): inhibidor de la corrosión y de la oxidación. Antiespumante. Colorante. 3 SISTEMA DE LUBRICACIÓN Durante el funcionamiento del motor se genera una gran cantidad de calor. El calor generado entre algunas piezas en movimiento es de tal magnitud que un motor de combustión interna no puede operar durante mucho tiempo antes de que ocurra algún daño. El sistema de lubricación proporciona un suministro constante de aceite presurizado a las piezas en movimiento del motor. La lubricación reduce el calor de fricción e impide que las piezas se desgasten unas contra las otras. El aceite también ayuda a enfriar el motor, quitar suciedad y basura y reducir el ruido. 136 3.1 ¿QUÉ ES LUBRICACIÓN? “Es la ciencia de la reducción de la fricción mediante la aplicación de un material entre las superficies de dos cuerpos que se encuentran en movimiento relativo”. 3.1.1 ¿QUÉ ES EL ACEITE? El aceite para motores de combustión interna, es fabricado a partir de la destilación del petróleo. El aceite base representa un 80% o más de su composición final (mineral o sintético) el resto lo integran los aditivos que mejoran el rendimiento. Tipos aceites usados en los motores: a) aceites de un solo grado de viscosidad.- Un aceite de un solo grado de viscosidad es un aceite que se comporta igual en toda la gama de temperaturas. b) aceites multigrado.- Un aceite multigrado es un aceite que se comporta de manera diferente cuando está frío que cuando está caliente. Los aceites multigrados también se conocen como aceite de viscosidad múltiple. 136 3.1.2 REFINACIÓN.- 3.1.3 CIRCULACIÓN DE ACEITE.- EL ACEITE CIRCULA POR EL MOTOR DE LA MANERA SIGUIENTE: La bomba de aceite succiona el aceite del depósito de aceite a través del colador de aceite. El colador filtra las partículas grandes. El aceite fluye a través del filtro de aceite, el cual filtra las partículas más pequeñas. Del filtro de aceite, el aceite fluye por el pasaje principal (o galería) del aceite en el monoblock. De la galería principal, el aceite fluye a través de pasajes más pequeños hasta el árbol de levas, los pistones, el cigüeñal, y otras piezas móviles. Surtidores y pasajes de aceite dirigen el flujo del aceite a las piezas críticas, tales como los cojinetes y pistones. A medida que el aceite lubrica las superficies de las piezas en movimiento, el aceite nuevo lo empuja fuera de esas piezas. El aceite se gotea desde las superficies lubricadas otra vez 136 al depósito de aceite. En muchos motores se utiliza un enfriador de aceite para enfriar el aceite antes de que se vuelva a succionar el aceite a través del colador de aceite para repetir el ciclo. 3.1.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEITES Para el buen funcionamiento del motor y de los demás conjuntos del vehículo, ha de utilizarse el aceite adecuado, es decir aquel que tenga unas determinadas características físicas y químicas, que responda a las condiciones particulares de los distintos conjuntos. En estos estudios nos vamos a referir a los aceites empleados en los motores, de una forma más específica que en los aceites para el resto de los conjuntos que constituyen el vehículo. Los aceites empleados en los motores, actualmente, son de origen mineral obtenidos por medio de destilación por vacío del petróleo bruto. Después reciben aditivos y tratamientos que les confieren propiedades específicas. La tendencia actual es a la utilización de aceites sintéticos, creados en laboratorios, en los cuales se potencia sus características lubricantes, duración y menor mantenimiento, aunque son más caros. Un aceite, para responder a las exigencias de un motor, ha de considerarse bajo los siguientes Puntos de vista: - Presión entre las piezas del rozamiento. - Medios de repartición de aceite. - Régimen de rotación del motor. - Temperatura de funcionamiento. - Condiciones de utilización del motor. 3.1.5 LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEITES SON: Viscosidad. Es la resistencia que opone el aceite al fluir por un conducto. La viscosidad se mide utilizando una tabla (S.A.E.), que indica el índice de viscosidad. Adherencia. Es la capacidad que poseen los aceites de adherirse a las superficies. Grado de acidez. Es el porcentaje de ácidos que contiene el aceite. Este grado ha de ser muy bajo para evitar corrosiones y no debe exceder del 003%. Grado de cenizas. Es el porcentaje de cenizas del aceite y no debe exceder de 002%. Estabilidad química. Es la capacidad que tienen los aceites de permanecer inalterables con el tiempo a la oxidación y a la descomposición. Punto de congelación. Es la temperatura a la cual solidifica un aceite. Punto de inflamación. Es la temperatura a la que se inflaman los gases o vapores del aceite. Detergencia. Es el efecto que posee un aceite de arrastrar y mantener en la superficie residuos y posos. 3.1.6 DESIGNACIÓN DE LOS ACEITES Por viscosidad Los aceites se clasifican por su índice de viscosidad de 10 a 70, según las normas SAE. A partir del grado 80 y hasta 120 se llaman valvulina (utilizadas en cajas de cambio). Un aceite de índice 70 es muy viscoso y uno de índice 10, muy fluido. Actualmente, es muy frecuente la utilización de aceites multigrados. Esto es debido a que en invierno los aceites se vuelven espesos, por lo que nos interesará que el aceite sea fluido. En cambio en verano el aceite se vuelve más fluido, por lo que nos interesa que sea 136 viscoso. Estos aceites multigrados presentan dos grados o índices de viscosidad, por ejemplo: SAE 10-W-40. ,Nos indica que el aceite se portará como uno de viscosidad 10 (muy fluido) en invierno y como uno de viscosidad 40 (semiviscoso) en verano. La W (winter = invierno en inglés) indica un aceite un poco más fluido que otro que no la lleva (SAE10-40). 3.1.6.1 POR TIPOS DE CALIDADES Aceite regular: aceite normal purificado, sin aditivos químicos. Su viscosidad varía con la temperatura y se oxida. Aceite premium: es aceite regular con aditivos químicos en proporción inferior al 5%. Se mezcla con aceites vegetales. Aceite detergente (HD): anticorrosivo, antioxidante y detergente. Aceite multigrado: ya mencionado. Aceite al grafito o molibdeno: adecuados para el rodaje de los motores, debido a las propiedades de estos materiales (bajo coeficiente de rozamiento). Funciones de un Lubricante. Controlar la fricción. Controlar el desgaste. Controlar la corrosión Controlar la temperatura Controlar la contaminación Transmitir la potencia. En hidráulicos, transmite fuerza y movimiento. Reduce el desgate abrasivo. Protege las superficies de las sustancias corrosivas. Absorbe y transfiere el calor. Transporta partículas y otros contaminantes a los filtros. 3.1.7 ADITIVOS.- Debido a las condiciones extremas que enfrenta dentro del motor, el aceite recibe atributos adicionales que aseguran un buen desempeño, esto se debe a los aditivos. 136 FUNCIÓN.• Mejoradores de viscosidad. • Antioxidantes. • Antiespumantes. • Inhibidores de corrosión. • Detergentes. • Dispersantes. • Antidesgate. 3.1.8 VISCOSIDAD.- Es la principal propiedad del lubricante la que determina su fluidez o grosor según las condiciones de temperatura y presión. El Aceite de motor por ejemplo debe mantener una viscosidad no muy gruesa a temperaturas bajas como -10°C, ni caer en una viscosidad muy baja a temperaturas que puedan llegar a 150°C. 3.1.9 ¿CÓMO ELEGIR UN LUBRICANTE?- 3.1.9.1 POR SU VISCOSIDAD - A Mayor Temperatura .....Mayor Viscosidad - A Menor Temperatura .....Menor Viscosidad - A Mayor Carga .................Mayor Viscosidad - A Menor Carga .................Menor Viscosidad - A Mayor Velocidad ...........Menor Viscosidad - A Menor Velocidad ...........Mayor Viscosidad 136 3.1.9.2 ÍNDICES DE VISCOSIDAD SAE. • Las especificaciones más usadas son las SAE (Society Automotive Engineering). • Esta nomenclatura detalla la viscosidad a bajas temperaturas con la letra W (winter) seguida de la viscosidad a 100°C. • Cuanto menor es el número más fluido es el aceite en frío. • Existen aceites monogrado y multigrado. 3.1.10 CAMBIO DE ACEITE.- Es importante cambiar el aceite del motor a los intervalos de servicio especificados. El filtro de aceite debe cambiarse al cambiar el aceite del motor. Al agregar aceite nuevo es importante utilizar el tipo, la cantidad y la calidad correcta especificada por el fabricante. El sobrellenado o no llenar con suficiente aceite el motor puede dar por resultado daños internos del motor y altas emisiones en el escape. 3.1.11 LOS COMPONENTES PRINCIPALES DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN a) Depósito de aceite.- El depósito de aceite se fija al fondo del bloque del motor. El depósito de aceite proporciona una reserva de aceite del motor y sella el cárter. El depósito de aceite ayuda a disipar algo del calor del aceite en el aire circundante. b) Colador de aceite.- El colador de aceite es una malla que impide que entren partículas grandes en la entrada de la bomba de aceite. El colador de aceite se encuentra en el fondo del depósito de aceite fijado al lado de entrada de la bomba de aceite. El colador se mantiene completamente cubierto por el aceite del motor de tal manera que no succione aire hacia la bomba de aceite. El aceite entra por el colador hasta la entrada de la bomba de aceite, luego se empuja por todo el motor. c) Bomba de aceite.- La bomba de aceite proporciona el “empuje” que hace circular aceite presurizado por todo el motor. La bomba de aceite succiona aceite del depósito de aceite y empuja el aceite a través del sistema de lubricación. La bomba de aceite generalmente se monta en el monoblock o en la tapa delantera del 136 motor. El cigüeñal o el árbol de levas generalmente impulsan a la bomba de aceite mediante el uso de un engranaje, correa o eje impulsor. 3.1.11.1 BOMBA DE ENGRANAJES Es capaz de suministrar una gran presión, incluso abajo régimen del motor. Esta formada por dos engranajes situados en el interior dela misma, toma movimiento una de ellas del árbol de levas y la otra gira impulsada por la otra. Lleva una tubería de entrada proveniente del cárter y una salida a presión dirigida al filtro de aceite. 3.1.11.2 BOMBA DE LÓBULOS También es un sistema de engranajes pero interno. Un piñón (rotor) con dientes, el cual recibe movimiento del árbol de levas, arrastra un anillo (rodete) de cinco dientes entrantes que gira en el mismo sentido que el piñón en el interior del 136 cuerpo de la bomba, aspira el aceite, lo comprime y lo envía a una gran presión. La holgura que existe entre las partes no debe superar las tres décimas de milímetro. 3.1.11.3 BOMBA DE PALETAS Tiene forma de cilindro, con dos orificios (uno de entrada y otro de salida). En suinterior se encuentra una excéntricaque gira en la dirección contraria de la dirección del aceite, con dos paletas pegadas a las paredes del cilindro por medio de dos muelles (las paletas succionan por su partetrasera y empujan por la delantera). 3.1.11.4 MANÓMETRO Se encarga de medir la presión del aceite del circuito en tiempo real. Manocontacto de presión de aceite. Interruptor accionado por la presión del aceite que abre o cierra un circuito eléctrico. Cuando la presión del circuito es muy baja se enciende una luz. 136 3.1.11.5 VÁLVULA LIMITADORA DE PRESIÓN También se puede denominar válvula de descarga o reguladora, va colocada en la salida de aceite de la bomba de aceite. Su misión es cuando existe demasiada presión en el circuito abre y libera la presión. Consiste en un pequeño pistón de bola sobre el que actúa un muelle. La resistencia del muelle va tarada a la presión máxima que soporte el circuito. d) Filtro de aceite.- El filtro de aceite atrapa las partículas más pequeñas de metal, suciedad y basura acarreadas por el aceite de tal manera que no recirculen a través del motor. El filtro mantiene limpio al aceite para reducir el desgaste del motor. El filtro de aceite atrapa las partículas muy pequeñas que puedan pasar por el colador de aceite. La mayoría de los filtros de aceite son del tipo de flujo completo o total. 136 e) Varilla para medir el nivel de aceite.- La varilla para medir el aceite del motor se utiliza para medir el nivel del aceite en el depósito de aceite. Un extremo de la varilla se introduce en la parte superior del depósito de aceite mientras que el otro extremo tiene un manguito que sirve para sacarla fácilmente. f) Indicador de presión del aceite.- El panel de instrumentos generalmente tiene algún tipo de indicador de presión del aceite que le advierte al conductor si el sistema de lubricación no puede mantener la presión de aceite que el motor requiere. Este indicador puede ser un medidor o una lámpara de advertencia. 136 4 SISTEMA DE ARRANQUE. Para poner en marcha el motor de un vehículo (gasolina o gasoil), es preciso imprimirle un movimiento inicial de giro, para llenar los cilindros de mezcla y que se produzca la chispa en las bujías, es decir, conseguir las primeras explosiones. 4.1.1 MOTOR DE ARRANQUE.- Es un motor eléctrico que transforma la energía eléctrica en energía mecánica, con una reducción de velocidad que puede llegar hasta 1:15 (una vuelta del cigüeñal por quince del motor de arranque). 4.1.2 MISIÓN DEL MOTOR DE ARRANQUE.- La misión es la de transformar parte de la energía eléctrica de la batería en energía mecánica, para imprimirle al motor de explosión o combustión las primeras vueltas hasta ponerlo en marcha. 136 4.1.3 EN LOS MOTORES DE ARRANQUE SE DEBEN CONSIDERAR DOS PARTES BIEN DIFERENCIADAS: Circuito eléctrico. Sistema de acoplamiento mecánico de piñón-corona. a) El circuito eléctrico lo integran: Relé o contactor. Bobinas inductoras. Inducido. Escobillas. b) Sistema de acoplamiento mecánico Integrado por: Piñón con rueda libre. Palanca mando de relé. a) Circuito eléctrico.Inducido y bobinas inductoras forman dos electroimanes con sus arrollamientos respectivos, que además van conectados en serie, pasando por los dos la misma corriente procedente de la batería, cuando el relé lo permite -Interruptor (I). Esta corriente crea campos magnéticos del mismo signo en inductor e inducido, provocando la repulsión de ambos y giro del inducido que se transmite al sistema de engranaje (acoplamiento mecánico). b) Sistema de engranaje. El piñón propiamente dicho, con contrapeso. Un casquillo que dispone de unas acanaladuras, rectas en su interior, para poder deslizarse axialmente por el eje del inducido, y de unas estrías helicoidales en su exterior para que por las mismas pueda deslizarse el piñón. Un muelle de compresión. Un muelle de recuperación. Cuando el eje del motor de arranque comienza a girar, el piñón, debido a su contrapeso de inercia, se enrosca en el casquillo, desplazándose hasta engranar con el volante del motor térmico. Al realizar el engranaje, el piñón que estaba girando en vacío, es frenado bruscamente por la resistencia que le opone la corona del motor. Para que este esfuerzo no se transmita a los demás órganos del motor de arranque, se dispone del muelle de compresión. 136 4.1.4 SOLENOIDE.- 4.1.5 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE ARRANQUE 1°.- Al dar arranque con la chapa, pasa una corriente a través de las bobinas, la de retención cierra el circuito a masa en la carcasa del solenoide y la de aspiración a través de las bobinas del motor de arranque y el carbón negativo. 136 2°.- Al realizar el puente con la placa contactora, la bobina de aspiración se anula por quedar con tención positiva por ambos extremos. 3°.- Al interrumpir el circuito por la chapa de contacto, hay un cierto tiempo que la placa permanece unida, polarizando positivamente la bobina de aspiración, con lo que la corriente se devuelve a través de ella cerrando el circuito a masa a través de la bobina de retención. 4°.- El campo magnético inverso que genera la bobina de aspiración anula el anterior, con lo que el embolo vuelve rápidamente a su posición inicial, retirando el piñón del volante del motor. 136 SISTEMA HIDRAULICO INTRODUCCIÓN Hoy en día, las máquinas usan la hidráulica para activar implementos, sistema de dirección, transmisiones, controles pilotos, etc. La necesidad de aumentar la productividad de la máquina ha traído como resultado el diseño y uso de sistemas de alta presión y mayor caudal con sistemas automáticos de control y de mando que requieren un mínimo esfuerzo de operación, resultando máquinas de alta confiabilidad y eficiencia. La hidráulica es una de las formas más versatiles y flexibles que ha inventado el hombre para transmitir energía. Los sistemas hidráulicos sencillamente, convierten la energía de una forma a otra para desempeñar labores útiles. En las máquinas este se traduce en el uso de la energía de un motor diesel o gasolina en potencia hidráulica. Por ejemplo: se usa la energía hidráulica para elevar y descender el cucharón de un cargador o la hoja topadora de un tractor, también se usa para inclinar hacia el frente o atrás y para accionar implementos que rotan, agarran, empujan, jalan y desplazan cargas de un lugar a otro. Otra aplicación importante es accionar los cilindros de la dirección y el sistema de frenos. 136 5 5.1 HIDRÁULICA LEY DE PASCAL El aceite es el líquido más usado en los sistemas hidráulicos porque es prácticamente imposible de comprimir. El aceite tiene la ventaja adicional de servir corno lubricante. Si ha tratado alguna vez de ponerle un corcho a un termo, Ud. se ha encontrado con el principio de incomprensibilidad de los líquidos. Si la botella está muy llena no habrá podido colocar el corcho perfectamente en su lugar. Si empuja muy duro el termo explotará. La incomprensibilidad de los líquidos es lo que hace posible la energía hidráulica. Esto fue descubierto hace 300 años por Blas Pascal quien hizo la siguiente observación, conocida ahora como la ley de Pascal. “La presión ejercida en un líquido confinado se trasmite sin disminución alguna en todas direcciones y actúa con igual fuerza en todas las superficies de igual área”. 136 5.2 LEY DEL MENOR ESFUERZO La expresión clave de esta ley es que el líquido trabaja con igual fuerza en áreas iguales. En otras palabras, si tenemos dos cilindros idénticos (de igual área) conectados por una manguera; y empujamos unos de los pistones hacia abajo con una fuerza de 20 lbs. por pulgada cuadrada el otro pistón estará obligado a elevarse con una fuerza de 20 lbs. porque las superficies de los dos pistones son iguales. Lógicamente deduciremos que si las superficies no son iguales, las fuerzas tampoco serán iguales. Conectemos ahora, el mismo cilindro de acción a otro cilindro de trabajo que tenga una superficie cinco veces mayor. Apliquemos una fuerza de 10 lbs. por pulgada cuadrada al cilindro de trabajo de acuerdo con la ley de Pascal se aplican 10 lbs. a cada pulgada cuadrada del cilindro de trabajo. . . ó 10 veces cinco. . . una fuerza total de 50 lbs. 5.3 ENERGIA HIDRAULICA EN ACCION La presión puede existir y a menudo acontece sin flujo alguno. La gravedad es una de las causas. Cuando la gravedad es la única fuerza presente el líquido buscará su propio nivel. Lo que regularmente se llama succión de una bomba es en realidad esta fuerza de gravedad empujando al aceite dentro de una cámara que es vaciada continuamente por la acción rotativa de la bomba. Esto nos lleva a considerar otra forma de presión --la presión principal que pone el líquido a trabajar en la forma que llamamos energía hidráulica. 136 5.4 RESISTENCIA AL FLUJO - PERDIDAS POR FRICCION El líquido en movimiento crea ciertos efectos. Cada conexión, cada válvula, cada abertura a través de la cual el líquido debe fluir, cada doblez, cada pulgada de manguera, crea una resistencia al flujo (pérdida de energía). Todos ellos consumen presión, este consumo se manifiesta en la forma de calor. Igualmente, a mayor flujo mayor resistencia o pérdidas. En la práctica, si usted instala una bomba hidráulica mayor que las establecidas en las especificaciones... agravará el problema en lugar de resolverlo. Cualquier aumento en el flujo, la viscosidad del aceite o gravedad específica, cualquier modificación en el tamaño de las mangueras, cualquier cambio en tal sentido tiene una tendencia a aumentar las pérdidas y el calor. 5.5 CONCEPTOS BASICOS Es esencial para entender bien la función de los sistemas hidráulicos, conocer algunos conceptos básicos como fuerza, presión, potencia, torque, etc. 5.5.1 FUERZA Empuje o tiro. El empuje o tiro puede o no ser lo bastante fuerte para mover un coche u otro objeto. La fuerza puede resultar de la expansión de algún gas, el empuje o tiro de un imán, la acción de la gravedad terrestre o del impacto de un objeto contra otro. La fuerza se mide en libra, onzas, kilos, gramos, tonelada, etc. 5.5.2 AREA Es el tamaño o medida de una superficie. Se expresa en pulgadas cuadradas (pulg 2), pie cuadrado (pie2), metro cuadrado (m2), centímetro cuadrado (cm2), etc. 5.5.3 PRESIÓN Es la fuerza actuando sobre una superficie o área. Se expresa en libras por pulgada cuadrada, kilos por centímetro cuadrado, etc. En forma matemática se puede escribir: Presión = Fuerza (kg.) Area (cm2) De esta misma fórmula podemos obtener. Fuerza = Presión x Área 136 “ Área = Fuerza Presión Ejemplo: Si se aplica una presión de 1000 libras por pulgada cuadrada a un cilindro de 6" de diámetro (28.3 pulg2 de área), ¿Cuál será la fuerza resultante del pistón? Fuerza = Presión x Área = 1000 lb/pulg2 x 28.3 pulg2 Entonces, Fuerza = 28,300 lbs 5.5.4 ENERGÍA La habilidad de realizar trabajo. La energía puede almacenarse y / o transferirse como en resortes y puede ser en forma de calor, luz, gases o líquidos comprimidos. Los resortes pueden mover piezas mecánicas; y el calor causa la explosión de gases y metales; los gases y líquidos comprimidos son capaces de aplicar fuerza sobre objetos. 5.5.5 TRABAJO Es el movimiento de un objeto a través de una distancia. El trabajo es una función de fuerza por distancia. Cuando un peso de una libra se alza una distancia de cinco pies, se ha realizado un trabajo de cinco libras-pie. Si se aplica una fuerza de diez libras para mover un automóvil diez pies, entonces se ha realizado 100 lbs-pie de trabajo no importa el peso del auto. 5.5.6 TORQUE O TORSION Es un esfuerzo de torcimiento o de giro, la torsión no tiene su resultado en movimiento rectilíneo. La torsión se mide multiplicando la fuerza aplicada a una palanca, en otras palabras multiplicamos la fuerza por la longitud de la palanca, o sea la longitud comprendida entre el extremo donde actúa la fuerza y el extremo donde se apoya la palanca. Si aplicamos al extremo de una llave de boca de dos pies de longitud para ajustar un perno, una fuerza o tiro de 10 lbs hemos aplicado 20 lbs-pie de torsión al perno. 5.5.7 POTENCIA Es la cantidad de trabajo realizada en un periodo de tiempo o la velocidad a que una cantidad dada de trabajo se realiza. Un hombre puede cargar 5 toneladas de carbón 136 “ en 8 horas, pero otro podría cargar 8 toneladas en 8 horas. El segundo hombre tiene mayor potencia porque realizó mayor trabajo en el mismo período de tiempo. 5.5.8 CABALLOS DE FUERZA Esta es la base y el término utilizado para medir la potencia mecánica. Se requiere un caballo de fuerza para levantar 33,000 lbs. a un pie de altura en un minuto o 550 libras a un pie de altura en un segundo. 5.6 COMPONENTES DE UN SISTEMA HIDRAULICO Tanque: Depósito de aceite para suministro del sistema hidráulico. Requerimientos: Capacidad adecuada, por lo general sellado, pero no siempre, debe mantenerse limpio y debe tener suficiente resistencia. Se diseñan para evitar la recirculación continua del mismo líquido. Existen desviadores que constituyen una forma de amortiguar la turbulencia. Además, el aceite tiene tiempo de refrescarse antes de retornar al sistema. Por otro lado, el tubo de admisión de la bomba está bien debajo de la superficie de aceite, pero sobre el fondo del tanque. De esta forma se reduce las posibilidades de cavitación debidas a la falta de aceite y también se evita la admisión de los sedimentos que se depositan en el fondo. NOTA.- La suciedad es el peor enemigo de los componentes del sistema hidráulico. Se debe tener mucho cuidado para evitar que penetre al sistema. Asegúrese antes que nada, que el recipiente y el aceite que use para llenar el tanque estén limpios. 5.7 BOMBA HIDRAULICA: Es el corazón del sistema hidráulico. Su trabajo, si no nos falla la memoria, es crear flujo y no presión. La bomba puede ser de engranajes, de paletas o de pistones. 5.7.1 BOMBA DE ENGRANAJES: Es de desplazamiento positivo, es decir una bomba en el cual el desplazamiento (caudal) por revolución no puede variarse. 136 Ventajas: De desplazamiento positivo: El caudal es constante dentro de una manera razonable sin importar la resistencia al flujo. Filtraciones pequeñas: La disminución en la cantidad de descarga debida a filtraciones que vuelve a la admisión es pequeña. Compacta. La unidad es compacta. Desventajas: Limitada a aplicaciones de baja presión, debido al desequilibrio hidráulica (Cualquier presión excesiva que exista en la salida aplica una fuerza en los engranajes, produciendo la deflexión del eje). 5.7.2 BOMBA DE PALETAS: Pueden ser De paletas rectas: Las ranuras para las paletas en el motor son rectas desde el centro, por lo tanto la bomba puede girar en cualquier dirección. De paletas rebajadas: La paleta tiene un rebajo en el cual actúa el aceite a presión que junto con la fuerza centrífuga mantiene las paletas contra el anillo. De paletas con resorte: Las paletas son mantenidas contra el anillo en el lado de descarga por los resortes, la fuerza centrífuga y la presión de aceite detrás de la paleta. De inserto en las paletas: La presión del aceite entre la paleta y el extremo de un inserto de acero que se desplaza en una ranura cortada en la paleta ayudan a mantener la Paleta contra el anillo. 136 Ventajas: Mayor caudal: El ajuste preciso entre las paletas y el anillo aumenta el caudal de estas bombas con respecto a las bombas de engranajes Desplazamiento Positivo: El caudal disminuye poco a medida que la resistencia al flujo aumenta. Equilibrio hidráulico: La mayor parte de las bombas de paletas son equilibradas hidráulicamente (Anote que las salidas están en lados opuestos, al igual que las entradas. Las fuerzas que se oponen se equilibran entre ellas y reducen las cargas en los cojinetes y la deflexión en el eje). Desventajas: Gran cantidad de partes: muchas partes mecánicas, costo elevado. Más difícil de mantener que las bombas de engranajes: Pequeñas cantidades de materias extrañas causan desgaste rápido, debido al roce de las paletas. 5.7.3 FILTRO DE ACEITE: Dispositivos para separar las partículas o sólidos que se hayan en suspensión en el aceite. El aceite puede filtrarse en cualquier punto del sistema. En muchos sistemas hidráulicos, el aceite es filtrado antes de que entre a la válvula de control. Para hacer esto se requiere un filtro más o menos grande que pueda soportar la presión total de la línea. Colocado el filtro en la línea de retorno tiene también sus 136 ventajas. Unas de las mayores es su habilidad de atrapar materiales que entran al sistema desde los cilindros. El sistema impedirá que entre suciedad a la bomba. Esto es verdad siempre que no se agreguen materias extrañas al tanque, Cualquiera de los dos tipos de filtro en las tuberías debe equiparse con una válvula de derivación. 5.7.4 VÁLVULA DE CONTROL O DIRECCIONAL: Consiste en un carrete con dos o más bandas maquinadas que puede moverse dentro de una perforación o cuerpo de válvula. El juego entre las bandas de la válvula de carrete y la perforación en el cuerpo de la válvula es sumamente pequeño el ajuste de alta precisión de la válvula al cuerpo, necesario para impedir filtraciones a presión alta requiere limpieza absoluta para evitar desgastes prematuros. A fin de impedir distorsión del cuerpo de la válvula y atascamientos es necesario dar el torque correcto a todos los pernos al armar. Las válvulas de control del tipo de carrete son válvulas deslizantes. Puesto que el carrete se mueve hacia adelante y hacia atrás permite que el aceite fluya a través de la válvula o impida su flujo. 5.7.5 VALVULA DE PRESION MAXIMA O VALVULA DE ALIVIO: Son válvulas limitadoras y que no controlan la presión actual de trabajo. Solamente la carga controla esta presión. Recuerde que la bomba no produce presión. La presión es el sistema hidráulico es el resultado de la restricción al flujo y la presión en cualquier momento dependerá de la carga aplicada en el cilindro hidráulico. 136 El uso de la fuerza para activar implementos y necesidad de levantar la producción a llevado a usar sistemas a mayor presión y bombas de mayor capacidad. En un sistema hidráulico se usan las bombas de desplazamiento positivo como las de engranajes, paletas o de pistones. El uso de éstas depende del rango de presiones del sistema. Por ejemplo, los rangos donde trabajan sin afectar negativamente su eficiencia volumétrica son: 136 Bomba de engranajes : hasta 1000 psi. Bomba de paletas : hasta 2000 psi. Bomba de pistones : hasta 5000 psi. Evidentemente el adelanto técnico cambiará periódicamente estos rangos. Por otro lado estas bombas serán afectadas considerablemente si no evitamos la acción del enemigo número uno del sistema hidráulico, la suciedad. Cuando la bomba funciona en un sistema limpio, libre de aire y con el aceite adecuado, tendrá una larga vida. Lógicamente, aparte de su desgaste normal debido a la fricción, la bomba también puede fallar por diferentes causas ajenas a este desgaste. En todos los casos cuando una bomba falla, se determinaré primero la causa a fin de que no vuelva a ocurrir lo mismo en el nuevo repuesto instalado. 136 “ 5.8 CAUSA DE PROBLEMAS EN LAS BOMBAS HIDRAULICAS Las fallas pueden ser diversas y será difícil aislar la causa inicial. A su vez, las causas pueden ser muchas pero las podemos agrupar como sigue: Contaminación por materias finas. Contaminación por materias gruesas Aereación Cavitación Falta de aceite Presión excesiva Tolerancia insuficiente temperatura elevada del aceite Ensamble e instalación incorrecta 5.8.1 CONTAMINACIÓN POR PARTÍCULAS FINAS El desgaste abrasivo causado por partículas finas es la más común de las fallas de bombas. La suciedad y otras materias extrañas circulan a través del sistema causando desgaste en todos los componentes especialmente en las placas de presión, lumbreras del cuerpo y en el área del cojinete del eje en las bombas de engranaje. En la bomba de paletas produce desgaste en las paletas y en sus ranuras permitiendo que el aceite escape. Al mismo tiempo se produce una pérdida de control de las paletas las cuales rebotan causando ralladuras al anillo. La suciedad puede entrar al sistema por sellos desgastados o si se le da servicio en condiciones sucias. Por eso se recomienda siempre limpiar la tapa del tanque, embudos y toda el área de llenado antes de abrir el tanque. Chequee el sello limpiador de la varilla del cilindro si trabaja correctamente. 5.8.2 CONTAMINACION POR MATERIAS GRUESAS La presencia de estas materias resulta comúnmente de fallas de otros componentes en el sistema hidráulico o de un lavado deficiente después de una falla anterior. Los daños por estas partículas pueden ocurrir en cualquier momento y repentinamente dependiendo de la cantidad y tamaño de las partículas. Indicativo de estos daños son las ralladuras en la superficie de las placas de presión, ralladuras del eje del cojinete; desgaste en las ranuras en la superficie del cuerpo de la bomba que hace contacto con la punta del diente del engranaje. En la bomba de paletas se 136 “ observarán exceso de raspaduras y ondulaciones en el anillo, las partículas metálicas pueden llegar al extremo de atascar el motor entre las placas torciendo o rompiendo el eje. De allí la importancia del cuidado que se debe tener con el conjunto de filtrado y colador magnético de partículas. 5.8.3 AEREACION Y CAVITACION La Aereación y cavitación son discutidos juntos debido a que actúan en forma muy semejante en el sistema. En ambos casos, el vapor del aceite y las burbujas de aire en el aceite causan daño s en las bombas. Este fenómeno se produce al comprimirse y expandirse rápidamente las burbujas de vapor de aire que se mezcla con el aceite. La Aereación se origina por el aire que entra al sistema por conexiones flojas, por una pequeña fuga o por la agitación del aceite en el tanque. La cavitación se origina usualmente por la restricción de la línea de succión de la bomba, creando vacíos en el sistema. La Aereación y cavitación erosiona o pica las placas de presión y la caja de la bomba de engranajes. En la bomba de paletas erosiona, raspa y ondula el anillo, desgasta los bordes y puntas de las paletas. Se recomienda comprobar la viscosidad del aceite, el grado, que no produzca espuma y el ajuste de la máxima presión. 5.8.4 FALTA DE ACEITE La falta de aceite puede causar una falla casi instantánea de la bomba y puede ocurrir por: un bajo nivel de aceite en el tanque, gran succión de aire por la línea, funcionamiento en pendientes muy inclinadas, suciedad o conexiones flojas, viscosidad del aceite, etc. Los componentes de una bomba tomarán el color azul rápidamente por el recalentamiento. 5.8.5 PRESION EXCESIVA La sobre presión puede deberse a que la válvula de alivio no cumple su función. Esto produce grandes y repetidas vibraciones de excesiva presión. O puede deberse a una regulación muy alta de la válvula de alivio. Como consecuencia puede ocurrir la rotura del eje o rajadura de la caja en una bomba de engranajes. 136 5.8.6 TEMPERATURA ELEVADA DEL ACEITE El calor excesivo pondrá negro las placas de presión y engranajes, y endurecerá los anillos o sellos. Si el calor excesivo es de corta duración, una temperatura de más de 3000°F es suficiente para producir estos problemas. La temperatura elevada resultará de una válvula pegada o de una válvula de alivio regulada a muy baja presión. 5.9 ANÁLISIS DEL SISTEMA HIDRÁULICO Al analizar el sistema hidráulico, recuerde que para obtener un funcionamiento óptimo es necesario tener el flujo y la presión de aceite correctos. El flujo de aceite depende de la entrega de la bomba, la cual es función de la velocidad del motor. La presión del aceite es una consecuencia de restricción en el flujo del aceite. En todos los casos, se deben hacer primero inspecciones visuales. Procede luego a las pruebas operacionales. y después a las pruebas con instrumentos. En estas pruebas se determinará lo siguiente: 1. Presión de abertura de las válvulas de alivio: principal y del circuito de inclinación. Una baja presión de alivio reduce las capacidades de levantamiento y excavación de la máquina. Si las presiones de abertura son demasiado altas pueden reducir la duración de las mangueras, bomba y de los otros componentes. 2. Cantidad de desplazamiento en los circuitos de levantamiento e inclinación. El desplazamiento de los circuitos es consecuencia de filtraciones en los sellos de los pistones de los cilindros en los sellos de anillo o de las válvulas de control, debido a válvulas de retención o de compensación mal asentadas y a holguras excesivas entre el carrete y la perforación de la válvula. 3. Tiempos de ciclo de los circuitos de levantamiento e inclinación 4. Si los tiempos de ciclo de los circuitos son excesivos, será señal de que hay filtraciones desgaste en la bomba y reducción en la velocidad de la bomba. 5. El análisis de una falla será más fácil y la conclusión más acertada si se recuerdan los fundamentos del sistema hidráulico. 5.9.1 INSPECCION VISUAL Una inspección visual del sistema con el motor parado debe ser el primer paso al tratar de ubicar un problema. Lleve a cabo las siguientes inspecciones con el cucharón en el suelo y el aceite ligeramente caliente. 136 Compruebe el nivel del aceite. Afloje lentamente la tapa de llenado del tanque. Si el aceite sale por el agujero de sangría cuando está aflojando la tapa, permita que se descargue la presión del tanque antes de quitar la tapa de llenado. Quite los elementos filtrantes y compruebe que no haya material extraño. Un imán separará los materiales metálicos ferrosos de los materiales metálicos no ferrosos y los materiales de sellado no metálicos anillos de pistón, sellos de anillo O, etc.) Inspeccione todos los conductos y conexiones en busca de daños o filtraciones. 5.9.2 PRUEBAS OPERACIONALES La prueba operacional del sistema será útil al ubicar posibles filtraciones internas, fallas en las válvulas o en la bomba. La velocidad del funcionamiento de un cilindro puede utilizarse para comprobar la bomba y los cilindros Levante, baje, incline hacia adelante y hacia atrás varias veces el cucharón. 1. Observe la extensión y retracción de los cilindros en busca de movimientos erráticos. 2. Escuche si hace ruido la bomba. 3. Escuche el funcionamiento de la válvula de alivio. Las válvulas de alivio no se deben abrir excepto cuando se trae o extiende plenamente un cilindro, cuando el cucharón está vacío. 4. Observe el funcionamiento del ubicador del cucharón y del desenganche del levantamiento. 5. Pruebe e inspeccione el ajuste de cualquier lugar donde sea evidente o se sospeche un funcionamiento incorrecto. 5.9.3 PRUEBAS CON INSTRUMENTOS Estas pruebas se realizan utilizando equipo de prueba hidráulico de evaluación cuyos resultados determinan el estado y condición de los elementos del sistema hidráulico tales como bomba, válvulas y cilindros. Es importante recalcar que esta prueba debe hacerse con personal especializado y capacitado para la correcta interpretación de las lecturas aplicándolas para un diagnóstico conecto del estado del sistema hidráulica. 136 5.9.4 LAVADO DE SISTEMAS HIDRAULICOS CONTAMINADOS Como parte de cada trabajo de servicio hidráulico se debe remover todo el material extraño del sistema. Cualquier materia extraña que no se elimine será una causa posible de una siguiente falla. LAVADO: es el procedimiento que utiliza aceite limpio para lavar (cambiar) todo el aceite sucio del sistema. VACIAR: el aceite solamente deja un poco de aceite sucio en los cilindros y otras cámaras no accesibles. CIRCULAR: el aceite limpio mueve la suciedad y aceite sucio, hacia el depósito donde se puede vaciar. Hay tres formas de limpiar el sistema hidráulico: NO LAVADO: Vaciar, instalar nuevo elemento de filtro, llenar con aceite limpio. LAVADO GENERAL: Método 1 LAVADO GENERAL: Método 2 Se debe elegir la forma que le asegure un trabajo satisfactorio de limpieza. El vaciar solamente el aceite generalmente se hace cuando el elemento que ha fallado queda fuera de la trayectoria del flujo de aceite (sello del eje de la bomba, cuerpo de bomba agrietado, motor pegado, pernos del cuerpo roto); además ver que no haya pérdidas o remoción de metal que pueda circular por el sistema. El método 1 se utiliza cuando las reparaciones se hacen antes de una falla completa o antes que las partículas de metal hayan circulado por el sistema, también cuando el daño de los componentes fue hecho por partícula. El método 2 se usa después de cualquier falla de la bomba o los componentes cuando se hayan desprendido partículas metálicas grandes y hayan circulado por el sistema. 136 “ 136 “ 136 136 6 SISTEMA DE FRENOS Se llama freno a todo dispositivo capaz de modificar el estado de movimiento de un sistema mecánico mediante fricción, pudiendo incluso detenerlo completamente, absorbiendo la energía cinética de sus componentes y transformándola en energía térmica. El freno está revestido con un material resistente al calor que no se desgasta con facilidad, no se alisa y no se vuelve resbaladizo. 6.1 6.1.1 TIPOS DE FRENOS EL FRENADO CON ZAPATAS: Este dispositivo está constituido por una zapata que se obliga a entrar en contacto con un cilindro solidario al eje cuya velocidad se pretende controlar, la zapata se construye de forma tal que su superficie útil, recubierta de un material de fricción, calza perfectamente sobre el tambor. Una vez más, al forzarse el contacto entre zapata y tambor, las fuerzas de fricción generadas por el deslizamiento entre ambas superficies producen el par de frenado. 6.1.2 EL FRENADO CON DISCOS: El freno de disco consiste en un disco de hierro fundido o rotor que gira con la rueda, y una pinza o mordaza (caliper) montada en la suspensión delantera, que presiona las pastillas de fricción (balatas) contra el disco. La mayoría de los frenos de disco tienen pinzas corredizas. Se montan de modo que se puedan correr unos milímetros hacia ambos lados. Al pisar el pedal del freno, la presión hidráulica empuja un pistón dentro de la pinza y presiona una pastilla contra el rotor. Esta presión mueve toda la pinza en su montaje y jala también la otra pastilla contra el rotor. Este sistema de frenado tiene las siguientes ventajas: 1. No se cristalizan, ya que se enfrían rápidamente. 136 “ 2. Cuando el rotor se calienta y se dilata, se hace más grueso, aumentando la presión contra las pastillas. 3. Tiene un mejor frenado en condiciones adversas, cuando el rotor desecha agua y el polvo por acción centrífuga. 6.2 FRENOS EN LA MAQUINARIA PESADA Los frenos de servicio son componentes que frenan y detienen o mantienen a una máquina fija en su sitio. En las máquinas de ruedas Cat, los frenos de servicio están ubicados en las ruedas. En las máquinas de cadenas, estos frenos están ubicados en los semiejes. Normalmente estos frenos funcionan presionando una superficie que no gira contra otra que sí gira. La fricción resultante detiene la máquina. La fuerza de inercia de la máquina en el punto en el que las dos superficies entran en contacto a veces se convierte en calor, alcanzando temperaturas muy altas. Lo cual es otra razón por la que el desgaste equilibrado de los componentes es importante para conservar el rendimiento de la máquina. Cada tipo de máquina necesita un tipo de freno, principalmente porque los trabajos que realizan son distintos. Para garantizar que cada máquina cuenta con el sistema de frenos que necesita, Caterpillar tiene cuatro tipos: De zapata expandible. De disco y horquilla. De discos bañados en aceite. De tubo expansible. 6.2.1 DE ZAPATA DE EXPANSIÓN: Los frenos de zapata de expansión son muy comunes y utilizan dos zapatas móviles separadas. Las zapatas son empujadas hacia afuera por uno o dos cilindros hidráulicos, y se liberan por resorte. 136 “ 6.2.2 DE TUBO EXPANSOR: Los frenos de tubo expansor se utilizan a menudo en las ruedas delanteras de los camiones de obras. El mecanismo consiste en un conjunto fijo que contiene una serie de bloques de freno. Los bloques están montados sobre un tubo expansor que los fuerza hacia afuera. Cuando se infla el tubo, los bloques hacen contacto con el tambor de freno. 6.2.3 DE BANDA CONTRÁCTIL: Los frenos de banda contráctil rodean el tambor de freno y los embragues de dirección en algunas máquinas de cadenas. Como su nombre lo indica, el freno se contrae contra el tambor para detenerla máquina. 6.2.4 DE DISCO CON MORDAZA: El freno de disco con mordaza tiene una mordaza con pastillas a ambos lados de un disco giratorio. Cuando se aplican los frenos, las pastillas hacen contacto con el disco. Estos frenos son auto - ajustables. 136 6.2.5 DE DISCOS MÚLTIPLES: Los frenos de discos múltiples utilizan una serie de placas de acero fijadas por estrías a la maza impulsora y discos, también fijados por estrías a la caja. Cuando se activa el freno, los discos y las placas se comprimen entre sí, creando fricción y frenado. Algunos son de tipo seco, otros trabajan en aceite, y en algunos, el enfriamiento externo por aceite reduce el recalentamiento. Actualmente este es el tipo de freno que se utiliza mayoritariamente y que su utilización se ha masificado para toda clase de equipos, debido a su eficiencia y a que necesita poco mantenimiento. 136 7 SISTEMA DE TRANSMISIÓN Todos los equipos vehículos poseen un sistema de transmisión que les permita realizar su trabajo y/o desplazarse, por sus propios medios, a determinadas distancias. Las transmisiones son sistemas mecánicos o hidráulicos que aprovechan la energía mecánica de mandos motrices para impulsar la maquina a velocidades variables. 7.1 FINALIDAD DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN. Es el conjunto de componentes o sub sistemas que interactúan entre sí para llevar la potencia mecánica giratoria del motor a las ruedas motrices y/o ruedas 7.1.1 TIPOS DE TRANSMISIÓN.- 3.2.1 transmisiones mecánicas 3.2.2 transmisiones automáticas 3.2.3 transmisiones hidrostáticas 3.2.4 transmisiones eléctricas 7.1.2 TRANSMISIONES MECÁNICAS Las transmisiones mecánicas son operadas por el conductor, quien acciona el embrague y la caja de cambios simultáneamente. 136 7.1.3 COMPONENTES DE LA TRANSMISION MECANICA.- Motor Embragues Caja mecánica Árbol motriz Diferencial Mandos finales y/o ruedas motrices 7.1.4 TIPOS DE TRANSMISIONES MECÁNICAS.- a) Convencional.Las convencionales son las más comunes, teniendo todos sus elementos dispuestos desde la parte delantera del vehículo hasta la parte trasera. b) Integrada.Las integradas forman conjuntos compactos en que el motor, caja de cambios y diferencial han sido dispuestos en un solo grupo, eliminándose el eje cardán. Pueden ser montadas tanto en la parte trasera como delantera del vehículo. c) Transmisiones Totales.Son aquellas que poseen tracción en más de dos ruedas en vehículos livianos son denominados como 4x4 y en vehículos pesados pueden llegar a ser de tracción 6x6, 8x8, etc. 136 Características de la transmisión mecánica. Bastante eficiente Economía de combustible El motor se apaga ante sobrecargas. Aplicaciones.Tractores sobre orugas Autos de turismo Tractocamiones Camiones Buses Volquetes 7.1.5 TRANSMISION AUTOMATICA.- Las transmisiones automáticas son accionadas por presiones hidráulicas, tanto en el convertidor de torque, que reemplaza el embrague, como en la caja de cambios. Características de la transmisión automática. menos eficiente, perdidas por calor menor economía de combustible el motor no se apaga ante sobrecargas se tiene una multiplicación de torque Ventajas y Desventajas de la Transmisión Automática Ventajas No es necesario realizar manualmente los cambios de marcha o accionar el embrague. Debido a que es posible concentrarse más en las condiciones de conducción y sobre todo en la operación de usar el volante y los frenos, la conducción es más segura. 136 Desventajas La economía del combustible sufre ligeramente. El precio de la maquinaria es más elevado que el de una maquinaria con transmisión manual. La respuesta es inferior que la de una maquinaria con una transmisión manual. Aplicaciones.Tractores sobre oruga y sobre rueda Cargadores frontales Camiones mineros Retroexcavadoras Motoniveladoras 7.1.6 TRANSMISION HIDROESTATICAS.- 7.1.6.1 CARACTERÍSTICAS DE LA TRANSMISIÓN HIDROSTÁTICA. Velocidad limitada por las pérdidas en el sistema No se requiere caja de transmisión Se logran velocidades constantes El motor no se detiene a pesar de sobre cargas 136 7.1.6.2 COMPONENTES DE LA TRANSMISIÓN HIDROSTÁTICA 7.1.6.3 APLICACIONES.Tractores sobre oruga y sobre rueda Excavadoras Palas hidráulicas Cargadores frontales pequeños Rodillos 7.1.7 TRANSMISION ELECTRICA.- 136 7.1.7.1 COMPONENTES DE LA TRANSMISIÓN ELÉCTRICA.Motor de combustión interna Generador eléctrico Sistemas eléctricos de control y protección Motores eléctricos Mandos finales Ruedas motrices 7.1.7.2 SISTEMA DE FUNCIONAMIENTO.- FRENADO.- 136 7.1.8 ALTERNADOR PRINCIPAL.- 7.1.8.1 CARACTERÍSTICAS DE LA TRANSMISIÓN ELÉCTRICA. Menos componentes mecánicos Menor consumo de energía APLICACIONES.Cargadores frontales utilizados en minería Excavadoras (palas) Camiones mineros. 8 CONVERTIDOR PAR El convertidor de par tiene un funcionamiento que se asemeja al de un embrague hidráulico pero posee una diferencia fundamental, y es que el convertidor es capaz de aumentar por sí sólo el par del motor y transmitirlo. En la figura inferior vemos el principio de funcionamiento tanto del embrague hidráulico y del convertidor. En a tenemos una rueda con unas cazoletas como si se tratara una rueda de noria de las utilizadas para sacar agua de los pozos. Hacemos incidir un chorro de aceite a presión sobre la cazoleta, esta es empujada moviendo la rueda. Vemos que la fuerza de empuje no es grande ya que con un dedo de la mano paramos la rueda. En b hemos añadido una placa deflectora entre el chorro de aceite y la cazoleta: Ahora el 136 “ chorro de aceite empuja la cazoleta pero en vez de perderse rebota en la placa deflector que lo dirige otra vez contra la cazoleta por lo que se refuerza el empuje del chorro contra la cazoleta. Vemos ahora que el empuje del chorro sobre la cazoleta es mayor y necesitamos más fuerza en la mano para evitar que gire la rueda. 136 “ En la figura inferior se muestra un esquema de los componentes del convertidor hidráulico. Además de la bomba y de la turbina, característicos de un embrague hidráulico, el convertidor de par dispone de un elemento intermedio denominado reactor. La rueda de la bomba está accionada directamente por el motor mientras que la turbina acciona el eje primario de la caja de velocidades. El reactor tiene un funcionamiento de rueda libre y está apoyado en un árbol hueco unido a la carcasa de la caja de cambios. Tanto la bomba como la turbina y el reactor tienen alabes curvados que se encargan de conducir el aceite de forma adecuada. 8.1 FUNCIONAMIENTO Al girar la bomba accionada directamente por el movimiento del cigüeñal, el aceite se impulsa desde la rueda de bomba hasta la rueda turbina. A la salida de ésta el aceite tropieza con los alabes del reactor que tienen una curvatura opuesta a los de las ruedas de bomba y turbina. Esta corriente de aceite empuja al reactor en un giro de sentido contrario al de la bomba y la turbina. Como el reactor no puede realizar ese giro ya que está retenido por la rueda libre, el aceite se frena y el empuje se transmite a través del aceite sobre la bomba. De esta forma mientras exista diferencia de velocidad de giro entre la bomba y la turbina el momento de giro (par) será mayor en la turbina que en la bomba. El par cedido por la turbina será pues la suma del transmitido por la bomba a través del aceite y del par adicional que se produce por reacción desde el reactor sobre la bomba y que a su vez es transmitido de nuevo sobre la turbina. Cuanto mayor sea la diferencia de 136 giro entre turbina y bomba mayor será la diferencia de par entre la entrada y la salida del convertidor, llegando a ser a la salida hasta tres veces superior. Conforme disminuye la diferencia de velocidad va disminuyendo la desviación de la corriente de aceite y por lo tanto el empuje adicional sobre la turbina con lo que la relación de par entre salida y entrada va disminuyendo progresivamente. Cuando las velocidades de giro de turbina e impulsor se igualan, el reactor gira incluso en su mismo sentido sin producirse ningún empuje adicional de forma que la transmisión de par no se ve aumentada comportándose el convertidor como un embrague hidráulico convencional. A esta situación se le llama "punto de embrague" 136 La ventaja fundamental del convertidor hidráulico de par sobre el embrague hidráulico es que el primero permite, en situaciones donde se necesita mayor tracción como subida de pendientes o arranques, el movimiento del reactor con lo que el par transmitido se ve aumentado respecto al proporcionado por el motor en caso de necesidad. Además el convertidor hidráulico amortigua a través del aceite cualquier vibración del motor antes de que pase a cualquier parte de la transmisión. A pesar de ser el convertidor hidráulico un transformador de par, no es posible su utilización de forma directa sobre un vehículo ya que en determinadas circunstancias de bajos regímenes de giro tendría un rendimiento muy bajo. Además no podría aumentar el par más del triple. Todo esto obliga a equipar a los vehículos, además de con un convertidor, con un mecanismo de engranajes planetarios que permitan un cambio casi progresivo de par. 136 8.2 ENGRANAJE PLANETARIO También llamado "engranaje epicicloidal", son utilizados por las cajas de cambio automáticas. Estos engranajes están accionados mediante sistemas de mando normalmente hidráulicos o electrónicos que accionan frenos y embragues que controlan los movimientos de los distintos elementos de los engranajes. La ventaja fundamental de los engranajes planetarios frente a los engranajes utilizados por las cajas de cambio manuales es que su forma es más compacta y permiten un reparto de par en distintos puntos a través de los satélites, pudiendo transmitir pares más elevados. En el interior (centro), el planeta gira en torno de un eje central. Los satélites engranan en el dentado del piñón central. Además los satélites pueden girar tanto en torno de su propio eje como también en un circuito alrededor del piñón central. Los satélites se alojan con sus ejes en el portasatélites El portasatélites inicia el movimiento rotatorio de los satélites alrededor del piñón central; con ello, lógicamente, también en torno del eje central. La corona engrana con su dentado interior en los satélites y encierra todo el tren epicicloidal. El eje central es también centro de giro para la corona. Estos tres componentes (planeta, satélites y corona) del tren epicicloidal pueden moverse libremente sin transmitir movimiento alguno, pero si se bloquea uno de los componentes, los restantes pueden girar, transmitiendose el movimiento con la relación de transmisión resultante según la relación existente entre sus piñones. Si se bloquean dos de los componentes, el conjunto queda bloqueado, moviéndose todo el sistema a la velocidad de rotación recibida por el motor. 136 Las relaciones que se pueden obtener en un tren epicicloidal dependen de si ante una entrada o giro de uno de sus elementos existe otro que haga de reacción. En función de la elección del elemento que hace de entrada o que hace de reacción se obtienen cuatro relaciones distintas que se pueden identificar con tres posibles marchas y una marcha invertida. El funcionamiento de un tren epicicloidal es el siguiente: 1ª relación: si el movimiento entra por el planetario y se frena la corona, los satélites se ven arrastrados por su engrane con el planetario rodando por el interior de la corona fija. Esto produce el movimiento del portasatélites. El resultado es una desmultiplicación del giro de forma que el portasatélites se mueve de forma mucho más lenta que el planetario o entrada. 2ª relación: si el movimiento entra por la corona y se frena el planetario, los satélites se ven arrastrados rodando sobre el planetario por el movimiento de la corona. El efecto es el movimiento del portasatélites con una desmultiplicación menor que en el caso anterior. 3ª relación: si el movimiento entra por el planetario y, la corona o el portasatélites se hace solidario en su movimiento al planetario mediante un embrague entonces todo el conjunto gira simultáneamente produciéndose una transmisión directa girando todo el conjunto a la misma velocidad que el motor. 4ª relación: si el movimiento entra por el planetario y se frena el portasatélites, se provoca el giro de los planetarios sobre su propio eje y a su vez estos producen el movimiento de la corona en sentido contrario, invirtiendose el sentido de giro y produciéndose una desmultiplicación grande. 136 “ Invirtiendo la entrada y la salida en las relaciones de desmultiplicación se obtendrían relaciones de multiplicación. Estas relaciones se podrían identificar con las típicas marchas de un cambio manual, sin embargo se necesitarían para ello distintos árboles motrices por lo que en la aplicación de un tren epicicloidal a un automóvil las posibilidades se reducen a dos marchas hacia delante y una hacia atrás. La entrada del par motor se realizaría por el planetario y la 136 salida por el portasatélites o la corona. La primera relación descrita y la tercera serían la 1ª marcha y la directa respectivamente y la cuarta relación seria la marcha atrás. Para poder combinar tres o más velocidades se usan habitualmente combinaciones de engranajes epicicloidales. Las cajas de cambio automáticas utilizan combinaciones de dos o tres trenes epicicloidaidales que proporcionan tres o cuatro relaciones hacia adelante y una hacia detrás. Como ejemplo tenemos la figura inferior. 9 CAJA DE CAMBIOS MECANICA O MANUAL El movimiento rotativo del motor es entregado a la caja de cambios, por intermedio del embrague. Al conectar un juego de engranajes en la caja de cambios y aplicar el embrague, el movimiento del motor será entregado por la caja de cambios en la relación de velocidad que corresponda a la marcha conectada. Éste movimiento es llevado por el cardán al diferencial, quien lo entrega a los semiejes y a las ruedas respectivas. La diferencia de velocidad que tiene cada semieje, al efectuar el vehículo un viraje, es compensada por la caja de satélites del diferencial. 136 SISTEMA DE EMBRAGUE 9.1 ESQUEMA Y MECANISMO DE OPERACIÓN El embrague transmite la potencia del motor a la transmisión manual mediante su acoplamiento o desacoplamiento. También, hace la salida más suave, hace posible detener el vehículo sin parar el motor y facilita las operaciones del mismo. 9.2 TIPOS DE EMBRAGUE Los siguientes tipos de embragues de automóvil son frecuentemente utilizados: 9.3 EMBRAGUE DE FRICCIÓN El disco de embrague (placa de fricción) presiona contra el volante del motor, transmitiendo potencia desde el motor por medio de la fuerza de fricción. 136 9.3.1 ACCIONAMIENTO DEL EMBRAGUE Un embrague opera en una de las formas siguientes: 9.3.2 ACCIONAMIENTO MECÁNICO Los movimientos del pedal del embrague son transmitidos al embrague usando un cable. 9.3.3 ACCIONAMIENTO HIDRÁULICO Los movimientos del pedal del embregue son transmitidos al embrague por presión hidráulica. Una varilla de empuje conectada al pedal de embrague genera presión hidráulica en el cilindro maestro cuando el pedal es presionado y esa presión hidráulica desconecta el embrague. 9.4 FUNCIONAMIENTO DEL EMBRAGUE El mecanismo de embrague consiste en la unidad del embrague propiamente, la cual transmite la potencia del motor y desengancha éste desde la trasmisión. La unidad de embrague puede dividirse en el disco, que transmite la potencia por medio de la fuerza de fricción y la cubierta de embrague, que es integrada con la placa de presión y el resorte. EI mecanismo de operación consiste en una horquilla/rodamiento de desembrague que transmite el movimiento del pedal del embrague al resorte interior de la cubierta del embrague. 136 9.5 DISCO DE EMBRAGUE Se trata de un disco redondo colocado entre el volante en el lado del motor y la placa de presión interior de la cubierta del embrague. El material de fricción es fijado al exterior de la circunferencia y a ambos lados y una muesca es provista en el centro para fijar el eje de la transmisión. Además son provistos resortes para absorber y suavizar el impacto cuando la potencia es transmitida al centro. 9.5.1 CUBIERTA DE EMBRAGUE La cubierta de embrague empuja la placa de presión contra el disco de embrague para transmitir la potencia y para desenganchar el embrague. Un tipo usa varios resortes en espiral y otro tipo usa resorte de diafragma simple (resorte de placas). 9.5.2 RESORTE DE DIAFRAGMA Este es un resorte de placas que tiene que empujar al disco de embrague contra el volante. Comparado a un resorte espiral, este tipo tiene las siguientes características: - Puede aligerar la fuerza requerida para presionar al pedal del embrague. - Empuja contra la placa de presión uniformemente. - Su fuerza no disminuye durante su uso a alta velocidad. - El número de piezas en la unidad de embrague puede ser menor. 136 9.5.3 PRENSA Se trata de un anillo de acero que presiona el disco del embrague contra el volante motor usando el resorte en la cubierta de embrague. La superficie que pega contra el disco de embrague es plana. Esta placa es hecha de un material que tiene excelente resistencia al calor y resistencia al desgaste. 136 La transmisión cambia la combinación de engranajes de acuerdo con las condiciones del uso del vehículo, como cambia también la velocidad y potencia del motor, transmitiendo éstas al movimiento de las ruedas. Cuando arranca el vehículo desde la condición de parada o cuando sube una cuesta, la transmisión desarrolla una gran fuerza y transmite esta al movimiento de las ruedas. Cuando se usa a grandes velocidades, la transmisión hace girar el movimiento de las ruedas a grandes velocidades y cuando se usa el vehículo marcha atrás, la transmisión origina el movimiento de ruedas para girar al contrario. 136 9.5.4 CONFIGURACIÓN DE LA TRANSMISIÓN La apariencia externa y construcción de una transmisión puede diferenciarse dependiendo del modelo del vehículo, pero una transmisión consiste principalmente en las siguientes partes: 136 9.5.5 MECANISMO SINCRONIZADO Cuando los engranajes son cambiados la rotación de los mismos se iguala con la rotación del eje de salida. Este mecanismo engancha a los engranajes juntándolos fácilmente. Consiste en un anillo sincronizado, un resorte de cubo, un embrague de cubo y algunas otras piezas. 9.5.5.1 ANILLO SINCRONIZADOR Este anillo conecta con un engranaje en el eje de salida que gira libremente. La fuerza de fricción resultante causa la rotación de los engranajes que actúan en pareja. 9.5.5.2 MANGUITO DEL CUBO Cuando se usa la palanca de cambios, este manguito se mueve en la dirección del eje por la horquilla de cambio y engancha con el engranaje que está girando por el anillo sincronizador a la misma velocidad. Además se fijan el eje de salida y los engranajes. 9.5.5.3 CUBO DEL EMBRAGUE Este cubo siempre rota conjuntamente con el eje de salida. Este transmite la potencia producida a través de un resorte del cubo al eje de salida. 136 136 136 9.5.6 MECANISMO DE OPERACIÓN DE LA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA La transmisión automática es una transmisión en la cual la selección de engranaje (del cambio) se realiza automáticamente, haciendo la aceleración y el arranque más fáciles. Una transmisión automática consiste principalmente en un convertidor de par y una unidad de engranaje planetario que lleva a cabo la operación del cambio por presión hidráulica. Los cambios de acuerdo con las condiciones de uso están controlados por un ordenador. 136 9.5.7 MECANISMO DE CAMBIO Cuando se usa la palanca de cambios, este mecanismo cambia el circuito hidráulico en el sistema de control hidráulico de acuerdo con la posición de la palanca de cambios que se está moviendo hacia un engranaje para adelante, marcha atrás o estacionamiento o parada. Turbina, que se encara uno frente al otro, y un estator que se coloca entre ellos. Este es llenado con aceite. Cuando el impulsor de bomba, que es conectado directamente al cigüeñal del motor, gira el aceite en el convertidor del torque es dirigido bajo presión al rodete de turbina, causando la rotación y la transmisión de la potencia. 9.5.8 TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA 9.5.8.1 EGT (SISTEMA DE TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA CONTROLADA ELECTRÓNICAMENTE) En este sistema, las funciones del sistema de control hidráulico son controladas por un ordenador. Las señales eléctricas salen por sensores que detectan el grado en el cual el pedal del acelerador está siendo presionado, la velocidad del vehículo, la posición del cambio y otras cuantas condiciones. El ordenador analiza y juzga estas señales eléctricas y controla las válvulas interiores del sistema de control hidráulico, abriendo o interrumpiendo el flujo hidráulico y realizando así, de este modo, los cambios de engranajes. 9.5.9 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA VENTAJAS No es necesario realizar manualmente los cambios de marcha o accionar el embrague. Debido a que es posible concentrarse más en las condiciones de conducción y sobre todo en la operación de usar el volante y los frenos, la conducción es más segura. DESVENTAJAS La economía del combustible sufre ligeramente. El precio del vehículo es más elevado que el de un vehículo con transmisión manual. La respuesta es inferior que la de un vehículo con una transmisión manual. 9.5.10 PRECAUCIONES EN EL USO DE LAS TRANSMISIONES AUTOMÁTICAS Las siguientes 3 precauciones deben de observarse cuando se usa un vehículo con transmisión automática. 136 Cuando cambiamos primero al engranaje deseado, el pedal del freno debe ser presionado para evitar que el vehículo arranque súbitamente o se realice un cambio marcha atrás por error. Cuando la velocidad del motor llega a elevarse súbitamente (inmediatamente después del arranque, cuando el aire acondicionado está funcionando, etc.), el pedal de freno deberá ser presionado siempre que se realice el cambio para evitar la marcha intempestiva del vehículo. Debido a que el vehículo tiende a moverse (fenómeno de arrastre) sin presionar el pedal de aceleración cuando 136 10 CAJA DE CAMBIOS POWER SHIFT.La transmisión Power Shift consiste esencialmente en dos transmisiones intermedias funcionando en paralelo, Los trenes internos de engranajes están alineados en 2 ejes concéntricos, para subir o bajar una marcha, lo único que la caja debe hacer es transmitir el par de entrada de un eje concéntrico al otro. FUNCIONES: Aumentar o disminuir el torque Aumentar o disminuir las r.p.m. Permite marchas de retroceso Permite la posición neutral 10.1 COMPONENTES BÁSICOS DEL POWER SHIF PLANETARIA: 136 - Los embragues activados hidráulicamente: Estos permiten la selección de las velocidades, y el sentido de marcha, ya sea hacia adelante o hacia atrás. - El grupo planetario: Contiene los engranajes planetarios, que dependen del embrague activado para suministrar velocidad y sentido de marcha. - Control electrónico de la transmisión: son entradas y salidas que controlan el funcionamiento de la transmisión. 10.2 MECANISMO PLANETARIO.- 10.3 PARTES DEL SISTEMA PLANETARIO.- Engranaje solar Porta satélite Corona satélites a) Primer paso.Porta satélite detenido: Se obtiene una rotación inversa entre el solar y la corona. b) Segundo paso.Engranaje solar detenido: El porta satélites gira a una velocidad más lenta que la corona pero en el mismo sentido. c) Tercer paso.Corona detenida: El porta satélites gira a una velocidad más lenta que el solar pero en el 136 mismo sentido. d) Cuarto paso.Neutral: Ningún elemento del juego de engranajes está detenido por lo que giraran en vacío y no se transmitirá ninguna potencia. Características. Existen semiautomáticos y automáticos Hay de contra eje de engranajes planetarios Los embragues de discos de discos múltiples están bañados y refrigerados por aceite. Los embragues de discos múltiples son acoplados hidráulicamente y separados mecanicamente. Ventajas. No es necesario desacoplar la potencia del motor hacia la transmision para realizar los cambios. Suministra cambios rapidos y suaves. Se distribuye la carga en mas puntos de contacto en el mecanismo planetario. 136 11 ÁRBOL DE TRANSMISIÓN EI árbol de propulsión es un dispositivo que conecta la transmisión al diferencial posterior en vehículos FR (motor delantero, transmisión posterior) y en 4WD (transmisión a las 4 ruedas). Además, está diseñado para transmitir potencia al diferencial a causa de los continuos cambios en ángulo y longitud con respecto al diferencial, puesto que este es siempre movido hacia arriba y abajo o adelante y atrás en respuesta a los baches o rutas en la superficie de las pistas y cambios en la carga del vehículo. El eje está fabricado con un tubo de acero hueco, que es liviano en peso y lo suficientemente fuerte para resistir la torsión y el doblado. Una unión universal es montada en cada uno de los extremos del eje. Además, está construido para que la porción conectada a la transmisión pueda responder a cambios en longitud. Eje de Impulsión (diferencial) El eje de impulsión transmite la potencia desde el diferencial a las ruedas motrices. 136 11.1 UNIÓN UNIVERSAL La unión universal responde a cambios en el ángulo de conexión del árbol de propulsión para que la potencia pueda ser transmitida fácilmente. Una unión universal está hecha por una unión de yugos con un eje en forma de cruceta enclavijados por cojinetes. La parte que conecta con la transmisión está también ranurada (con sus dientes uno a otro conectados a un eje o en un agujero), haciéndose posible para el eje deslizarse hacia delante o atrás para amortiguar los cambios de longitud de conexión. 12 EL DIFERENCIAL El diferencial reduce la velocidad de rotación transmitida desde la transmisión e incrementa la fuerza de movimiento, así como también distribuye la fuerza de movimiento en la dirección izquierda y derecha transmitiendo este movimiento a las ruedas. También cuando el vehículo está girando, el diferencial absorbe las diferencias de rotación del movimiento de las ruedas izquierda y derecha, haciendo posible que el vehículo gire fácilmente. 136 12.1 ENGRANAJE FINAL EI engranaje final está hecho de un piñón motriz y un engranaje anular. Este engranaje reduce le velocidad de la rotación desde la transmisión, incrementando la fuerza del movimiento. En el engranaje final, son usados muchos engranajes hipoidales cónicos, que se conectan con el engranaje anular. Además, la relación por la cual el engranaje final es reducido es llamada relación de reducción. Este valor indica el número de dientes en el engranaje anular dividido por el número de dientes en el engranaje piñón motriz. 12.2 ENGRANAJE DIFERENCIAL 136 Cuando un vehículo marcha dentro de una curva, la trayectoria recorrida por los neumáticos exteriores y los interiores difiere. Eso es, la velocidad de los neumáticos es diferente. Por lo tanto, para que el neumático izquierdo y derecho no patinen, el engranaje diferencial es usado para ajustar la diferencia de velocidad de los neumáticos izquierdo y derecho, luego el neumático interior es retardado y el exterior es más rápido. El engranaje diferencial consiste de una funda de diferencial, en la cual se monta el engranaje final y dos engranajes laterales conectados a los neumáticos izquierdo y derecho, como también dos engranajes piñones conectan a los engranajes laterales. 136 FUNCIONES.- Permite que las ruedas motrices puedan girar a diferentes revoluciones. - Transforma la dirección del movimiento de giro longitudinal de la caja a 90° para las ruedas motrices. COMPONENTES.- a) Piñón de ataque (1).- es el eje de entrada del puente trasero. Va apoyado en dos cojinetes de rodillos cónicos en la parte delantera y un cojinete de rodillos normal en la parte trasera. b) La corona (2).- el piñón de ataque transmite la energía motriz a la corona, que va instalada en la caja del diferencial. Al girar el piñón de ataque y la corona en un ángulo de 90°, la energía motriz puede transmitirse a las ruedas motrices a través de los semiejes. c) Diferencial (3).- va incluido en la caja del diferencial y consta de los piñones del diferencial, cuatro satélites instalados en una cruceta y dos planetarios y de mayor tamaño conectados a los semiejes. El diferencial consiste en: 4 satélites pequeños. 1 Cruceta. 2 planetario más grandes. 136 12.3 MANDOS FINALES.- Tipos de mandos finales a) De engranajes paralelos.El eje de salida está a diferente altura que el eje de entrada. Ocupan un mayor espacio. El eje de salida gira en sentido contrario al eje de entrada. Solo existe un punto de contacto. Pueden ser simple, doble o triple reducción. b) De engranajes colineales.El eje de salida es colineal al eje de entrada. Ocupa menos espacio. El eje de salida gira en el mismo sentido que el eje de entrada. La carga se reparte entre tres o cuatro puntos de contacto. Puede ser simple o doble reducción. 12.4 COMPONENTES DE LOS FRENOS. Los frenos son típicamente de discos múltiples y enfriados por aceite, se aplican mediante la acción de un resorte y se liberan hidráulicamente. Los frenos disminuyen la velocidad o detienen la máquina y ayudan en el giro. Los principales componentes de los frenos de servicio son el resorte (s) tipo arandela (Belleville), los platos de los frenos, los discos de los frenos, el pistón de los frenos y la caja de los frenos. 136 12.5 COMPONENTES DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN CON DIFERENCIAL 12.6 MOTOR Y BOMBA DE DIRECCIÓN. En el sistema de dirección con diferencial, el motor de la dirección controla la dirección de giro de la máquina y la bomba proporciona el flujo de aceite necesario para que funcione el motor de la dirección. 12.7 MOTOR DE LA DIRECCIÓN. El motor de la dirección es un motor de eje angulado y de desplazamiento fijo, que controla la dirección de giro de la máquina. Este motor funciona por acción de la presión de aceite proveniente de la bomba de desplazamiento con pistón. Un cambio en la dirección del flujo de aceite a través del motor no cambiará la cantidad de par de salida proveniente del eje del motor. 12.8 BOMBA DE DIRECCIÓN. Hay dos tipos de bomba de dirección. Una es de desplazamiento variable sobre un pistón axial central; la otra, es una bomba hidrostática. Ambas bombas están fijadas a la bomba de mando de la transmisión, la cual usa potencia proveniente del motor para hacer girar el eje de entrada. 136 La bomba proporciona el flujo de aceite necesario para que funcione el motor de la dirección. 12.9 COMPONENTES DEL JUEGO DE ENGRANAJES PLANETARIOS DE LA DIRECCIÓN En el sistema de dirección con diferencial hay tres juegos de engranajes planetarios. A menudo se les llama "planetario de dirección", "planetario de mando" y "planetario compensador". Hay dos entradas de potencia al juego de engranajes planetarios. Una de ellas es el piñón y la corona, que son impulsados por el eje de salida de la transmisión a través de los engranajes de transferencia. La segunda es un piñón que es impulsado por el motor de la dirección. Los tres juegos de engranajes planetarios están interconectados mediante un eje común que conecta los tres engranajes solares. 136 12.10 COMPONENTES DE LOS FRENOS. Los frenos son de discos múltiples, enfriados por aceite, se aplican mediante la acción de resortes y se desconectan hidráulicamente. los frenos forman parte de dos módulos diferentes del tractor. Uno de los módulos es el grupo diferencial de dirección, instalado en el lado izquierdo del tractor, y el otro, es el grupo planetario, instalado en el lado derecho del tractor. Los frenos se utilizan para detener el tractor y no ayudan en el giro. Los principales componentes de los frenos son la maza, los pistones, el retenedor, los resortes de arandela (Belleville), las cajas, los discos y los platos. 12.10.1 JUEGO DE LA CORONA DE DIRECCIÓN. El juego de la corona de dirección recibe potencia del motor de la dirección para hacer girar el vehículo. El mismo consta de un piñón diferencial y una corona. 12.11 PIÑÓN DIFERENCIAL. El piñón diferencial esta empalmado en estrías al motor de la dirección por uno de los extremos. El otro extremo se intercepta con la corona, unida al diferencial de dirección, en un ángulo de 90°. El piñón diferencial hace girar la corona, la cual envía potencia a través del diferencial de dirección. CORONA. El piñón diferencial hace girar la corona, la cual está unida a la caja del diferencial de dirección. La corona transmite potencia a través del diferencial de dirección. 136 JUEGO DE LA CORONA DE TRANSMISIÓN. El juego de la corona recibe potencia a partir del engranaje de transferencia, que está conectado a 90° y la transmite al diferencial. El juego de la corona de la transmisión consta del piñón diferencial cónico y de la corona cónica. ENGRANAJES PLANETARIOS DEL MANDO FINAL. Los engranajes planetarios proporcionan la última reducción de velocidad e incremento de par en el tren de mando. Los principales componentes son el engranaje solar, la corona y un juego de engranajes planetarios. Los engranajes del mando final planetario transmiten potencia desde el diferencial de dirección para impulsar las cadenas. 136 MANDOS FINALES DEL ENGRANAJE PRINCIPAL. El mando final del engranaje principal proporciona la última reducción de velocidad y aumento de par en el tren de mando. El mismo consta de un piñón diferencial y un engranaje principal. CARACTERÍSTICAS - Transmiten potencia desde el motor a la transmisión. - Utilizan energía de un fluido en movimiento para transmitir potencia. 12.12 DIVISOR DE PAR -Es un convertidor de par con engranajes planetarios integrados en su parte frontal. - Esto permite una división variable del par del motor entre el juego de engranajes planetario y el convertidor. -Las salidas del juego de engranajes y del convertidor están conectadas al eje de salida del divisor de par. - El convertidor proporciona multiplicación de par para las cargas pesadas mientras que el juego de engranajes planetario proporciona cerca del 30% de transmisión mecánica en situaciones de carga ligera. 136 12.13 CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS. - Multiplicación de par = Incrementa el par de salida cuando trabaja contra una carga. - Amortigua los golpes = Vida útil más prolongada para las piezas del tren de fuerza. - Transmisión mecánica = Eficiencia incrementada para carga ligera. 13 MEDIOS DE LOCOMOCIÓN Al seleccionarse un tractor debe considerarse distintos factores que determinaran el tamaño, potencia, tipo de hoja a utilizar, entre otros. Algunos de estos factores son:El tamaño que se requiere para determinada obra. La clase de obra en la que se empleara, conformación, jalando una escrepa, jalando un vagón, arando, etc. El tipo de terreno sobre el que viajara, alta o baja eficiencia de tracción. La firmeza del camino de acarreo. La rigurosidad del camino. Pendiente del camino. La longitud de acarreo. El tipo de trabajo que tenga que hacerse después de terminada la obra. 136 Por lo tanto en este tema trataremos los medios de locomoción ya que también representan un factor importante en el desempeño de la tarea o trabajo a realizar, porque de la velocidad de desplazamiento de la maquina dentro del área de trabajo implica relativamente el avance de la obra o proyecto realizado. Así pues hemos considerado dos medios de locomoción principales como son las cadenas de tránsito y los neumáticos utilizados para diferentes tipos de maquinaria, más adelante mostraremos las características y mencionaremos sus ventajas y desventajas de estos medios de locomoción. 13.1 MEDIOS DE LOCOMOCIÓN Cadenas o transito: utilizadas para terrenos inestables de topografía accidentada Presentan mayor tracción en el suelo, pero menor velocidad de desplazamiento Un claro ejemplo de maquinaria que se desplaza por medio de cadenas o de transito son los tractores bulldozer. Dentro de los bulldozer o tractores tenemos los tipos de locomoción por medio de cadenas o tránsitos (orugas). Como podemos ver claramente las cadenas famosamente conocidas como orugas, son de muchísima ventaja para la utilización puesto que al presentar mayor tracción sobre las ruedas de tránsito, estas favorecen la potencia de empuje del motor, este tipo de cadenas los podemos ver en diversas variantes de maquinaria pesada: 136 13.2 TRENES DE RODAMIENTO DE ORUGAS Y SUS PARTES Somos Distribuidores Exclusivos de los Rodajes Berco®, marca que es considerada al número uno en fabricación de rodamientos para maquinaria de orugas. 14 SISTEMA ELÉCTRICO El sistema eléctrico, por medio de sus correspondientes circuitos, tiene como misión, disponer de energía eléctrica suficiente y en todo momento a través de los circuitos que correspondan reglamentariamente de alumbrado y señalización, y de otros, que siendo optativos, colaboran en comodidad y seguridad: El sistema eléctrico lo componen los siguientes circuitos: La batería Circuito de carga de la batería. Circuito de arranque del motor eléctrico. Circuito para las bujías de caldeo. Motores diesel. Circuito de alumbrado, señalización, control y accesorios. A continuación se da una idea, simple, de cada uno de estos circuitos. 4.1 La batería La batería como almacén de energía eléctrica permite el arranque, el encendido del motor, el alumbrado y el accionamiento de los distintos accesorios. 136 La batería recibe energía eléctrica del generador (alternador), se transforma en energía química almacenada, y la suministra de nuevo en forma de energía eléctrica cuando se establece el circuito de cualquier servicio o consumo (receptores). 4.2 Circuito de carga de la batería El circuito de carga tiene como misión generar la corriente eléctrica suficiente para alimentar los receptores o consumos que estén funcionando y mantener la batería cargada. El alternador recibe energía mecánica y la transforma en energía eléctrica. Un regulador de tensión regula el voltaje a un valor constante, aunque varíen las revoluciones del motor. 4.3 Circuito de arranque del motor eléctrico La misión del circuito de arranque del motor eléctrico, es la de imprimirle al motor (explosión o combustión), un giro inicial para que pueda comenzar el ciclo de funcionamiento. 136 4.4 Circuito de bujías de caldeo. Motores diesel Tiene como misión en los motores de combustión o diesel, facilitar el arranque, calentando previamente el aire que llega a los cilindros. Circuito de alumbrado, señalización, control y accesorios Estos circuitos ponen en funcionamiento el sistema de alumbrado y señalización, de acuerdo con lo estipulado en la normativa. Por otra parte, existen elementos eléctricos que colaboran en la seguridad considerablemente: espejos eléctricos, lava y limpia-parabrisas, luces optativas, testigo, aparatos de control y otros accesorios que indican el funcionamiento en cada momento del sistema correspondiente. 136 14.1 TIPOS DE CADENAS Los actuales trenes de rodaje utilizados en la maquinaria se clasifican en varios tipos dependiendo del sistema bulón-casquillo (ver componentes) que se use. Los primeros rodajes que existieron contactaban directamente metal contra metal entre el bulón y el casquillo. Con el giro de las cadenas ambos componentes se desgastaban hasta el punto de destrucción en un corto periodo de tiempo. La suciedad se introducía entre el bulón y el asquillo y aceleraba el proceso de destrucción. Además el contacto del casquillo contra la rueda cabilla producía también un desgaste exterior en el casquillo. Por otra parte los eslabones se desgastaban en contacto con las ruedas guías y los rodillos inferiores y superiores. Más tarde se introdujo un retén que impedía la entrada de suciedad entre los bulones y los casquillos lo que retardaba el desgaste que se producía en el conjunto. A este tipo de cadenas se le llama cadena sellada. Son las cadenas que vemos habitualmente en casi todas las excavadoras de cadenas. Una variante de este sistema lo constituyen las cadenas lubricadas con grasa que es una cadena sellada en la que se le introduce grasa en el interior en el momento del montaje. Lo utilizan algunas casas comerciales últimamente en sus excavadoras. A continuación se cambió el sistema de retenes y se introdujo aceite entre el eslabón y el casquillo. Son las cadenas selladas y lubricadas. Con esto se consigue que el desgaste interno entre el bulón y el casquillo sea prácticamente inexistente, prolongando la vida útil del conjunto de las cadenas pasando a ser el desgaste externo de los casquillos el factor crítico de destrucción de la cadena. Este tipo de cadenas selladas y lubricadas requieren normalmente un mantenimiento a la 136 mitad de su vida útil. Se desmonta todo el conjunto y al montarlo de nuevo se giran los casquillos 180 grados de manera que la parte más desgastada pase al lado contrario, con lo que si el desgaste del eslabón lo permite se disponga de un 50% más de vida. Es necesario un seguimiento del rodaje para determinar el punto en el cual es necesario el mantenimiento. Este tipo de rodajes se usan normalmente en palas de cadenas, buldózer, tiendetubos, etc. Un paso más adelante lo constituyen las cadenas de casquillo giratorio que es el último invento de Caterpillar. Este tipo de cadenas además de ser selladas y lubricadas llevan un doble sistema de retenes que permite el giro libre de los casquillos al entrar en la rueda detracción o rueda cabilla, con lo que se evita el desgaste externo de los casquillos como factor crítico de destrucción y además se descarta el mantenimiento de las cadenas con el consiguiente ahorro de costes. Este sistema por sus costes se aplica solamente en buldózer de momento. Este invento posiblemente en unos pocos años revolucionará los trenes de rodaje de la maquinaria, modificando posiblemente la conexión de todos los componentes del sistema. Actualmente existen muy pocas máquinas en el mercado con este tipo de rodajes, pero no nos cabe la menor duda de que el futuro lleva este camino. Los rodillos inferiores, superiores y ruedas guías llevan también aceite en el interior de sus ejes para evitar el desgaste prematuro. Algunos ejemplos de cadenas utilizadas como medio de locomoción 136 Oruga de acero y goma Oruga de goma Oruga de goma para mini cargadoras 136 14.2 NEUMÁTICOS: Generalmente utilizada para terrenos firmes de topografía sensiblemente plana, presentan menor tracción en el suelo y una mayor velocidad de desplazamiento A continuación mencionaremos algunos tipos de neumáticos de la amplia gama clasificada 136 136 Como podemos darnos cuenta, la importancia del medio de locomoción en la maquinaria es importante puesto que estos medios influyen en la velocidad de desplazamiento, y la velocidad de desplazamiento en el avance de la obra, así pues, para mover grandes volúmenes de tierra por ejemplo utilizaríamos un medio de locomoción que presente mayor fricción y tracción en el suelo pues esto favorece a la potencia del motor en su empuje, pero si vamos a cargar la tierra en un camión ubicado a varios metros de distancia a campo abierto, pues utilizaríamos una máquina, en este caso un cargador de neumáticos por su velocidad de desplazamiento sobre el suelo. Cabe mencionar que es importante también conocer el tipo de suelo donde se está trabajando pues depende también mucho de este la funcionabilidad del medio de locomoción, así pues si se trabaja en un suelo muy lodoso no es muy conveniente trabajar con máquinas de neumáticos puesto que presentan menos tracción en estos suelos y si una máquina de oruga. En cambio sí se requiere hacer un trabajo final en el pavimento por ejemplo, por supuesto que utilizaríamos una maquina ya sea motoconformadora, compactadora o cargador de neumáticos. Por lo anterior mencionado podemos concluir en que cada medio de locomoción tiene sus ventajas y también sus desventajas dependiendo de tipo de suelo y del tipo de obra a realizar. 136