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Sistema de Inyección
El motor alternativo consta de un control electrónico del motor que utiliza una computadora para
controlar los sistemas de encendido, combustible, emisión de gases entre otros. En la mayor parte
la medición del combustible se efectúa mediante un sistema electrónico de inyección de
combustible (EFI). Dos tipos de ellos que se utilizan son:
a) Inyección de combustible multipuerto (MFI) que tiene un inyector de combustible en cada
puerto de admisión.
b) Inyección de combustible en el cuerpo del acelerador (TBI) en el cual están localizados uno o
dos inyectores de combustible por encima de las válvulas del acelerador.
Con cualquiera de los sistemas, la bomba eléctrica de combustible suministra combustible a
presión. Cuando la computadora del motor le manda una señal al inyector, una válvula operada
por solenoide se abre en el extremo del inyector. La presión obliga al combustible salir como rocío
hacia afuera. Cuando se ha inyectado la cantidad apropiada de combustible en el aire que está
pasando, la válvula se cierra y la inyección de combustible se detiene.
La inyección multipuerto o en el puerto proporciona una distribución más uniforme de la mezcla
aire y combustible que el TBI. La misma cantidad de combustible se le entrega a cada cilindro, por
lo que la relación aire combustible es la misma para todos los cilindros. Esto mejora la economía
de combustible y el desempeño del motor, al mismo tiempo, reduce las emisiones de escape.
Aunque el TBI requiere de menos inyectores y tuberías de combustible más cortas, no es tan
preciso en el equilibrio de las relaciones aire-combustible entre cilindros. Como en un sistema de
combustible carburado, puede ocurrir una acumulación de combustible en las extremidades del
múltiple de admisión. Esto tiende a enriquecer los cilindros de los extremos.
Inyección electrónica.
La mayor parte de los sistemas de inyección de combustible están controlados electrónicamente.
El controlador es la computadora del motor un módulo de control electrónico(EMC) o un módulo
de control del tren de motor (PMC), que también se conoce como la computadora abordo.
Varias partes del motor y del sistema de combustible tienen sensores que envían señales
eléctricas al ECM. Cada sensor es un dispositivo que recibe y reacciona a una señal como un
cambio de temperatura, presión o voltaje. Algunos sensores informan sobre la cantidad de aire
que entra. Utilizando esta información, el EMC calcula de manera continúa cuánto combustible
debe inyectar y abre los inyectores de combustible, de manera que la cantidad correcta de
combustible se rocíe hacia afuera, para producir la relación deseada.
Un sistema electrónico de inyección de combustible es un tipo de sistema de control electrónico
que incluye dispositivos sensores o de entrada, un controlador (EMC o PCM), y diversos
accionadores o dispositivos de salida.
Los sensores que informan al PMC incluyen
a) Velocidad del motor.
b) Posición del motor
c) Presión absoluta del múltiple de admisión
d) Temperatura de refrigerante del motor
e) Cantidad y temperatura del aire de admisión
f) Cantidad de oxígeno en los gases de escape
g) Presión atmosférica.
El ECM recibe continuamente toda esta información y verifica con datos almacenados dentro de
su memoria para decidir cuándo abrir y durante cuanto tiempo los inyectores de combustible. Esta
variación de apertura dependen del ancho de pulso que genere la señal de acuerdo con el análisis
de datos de la computadora.
Tipos de inyectores
Existen dos tipos de inyectores de combustible; el inyector operado por solenoide y el inyector de
combustible mecánico.
El inyector operado por solenoide se conecta y desconecta a través del ECM, abriendo el inyector.
El solenoide tiene una pequeña bobina de alambre que se magnetiza cuando le aplica un voltaje.
El magnetismo levanta la armadura, que eleva una válvula de aguja de su asiento y el combustible
se rocía afuera mientras la válvula de aguja esté elevada. Cuando el voltaje se detiene, la bobina
pierde su magnetismo. Entonces el resorte se cierra y empuja la válvula de aguja de regreso a su
asiento, deteniendo el combustible.
En un sistema de inyección de combustible electrónico, al hacer girar la llave de encendido, se le
da el voltaje al inyector; esté se mantiene cerrado por que no tiene tierra y por lo tanto, no puede
completar el circuito eléctrico. El solenoide es energizado cuando el ECM proporciona tierra para
completar el circuito, y entonces, el inyector se abre y se rocía el combustible. Cuando el
solenoide está desenergizado el combustible se detiene.
Otro tipo de inyector de combustible operado por solenoide tiene una válvula con balín en lugar
de una válvula de aguja. El combustible pasa a través de la entrada de combustible a lo largo del
inyector. La válvula con balín controla el rocío de combustible de la tobera que tiene seis
pequeñas perforaciones u orificios de rociado. Su ángulo da al combustible un movimiento de
torbellino, lo que mejora la mezcla del combustible con el aire.
En muchos motores, el inyector entrega combustible a un puerto de admisión en una sola válvula
de admisión; sin embargo existen motores con dos válvulas de admisión, que tienen un inyector
con un solo chorro que entrega un patrón de rociado en forma de un cono ancho a través de una
sola perforación. O un inyector de doble rociado tiene dos perforaciones en su extremidad que
están colocadas de manera que el rociado de cada una de ellas entregue combustible a una de las
válvulas de admisión.
Inyector mecánico
Un sistema de inyección continua tiene un inyector mecánico en cada puerto de admisión. El
inyector es básicamente un orificio fijo, con una válvula de aguja operada por presión en su
extremo. La cantidad de combustible que se inyecta depende de la variación del tamaño de las
aperturas a través de las cuales fluye el combustible.
Las posiciones de abierto y cerrado de la válvula de aguja en el inyector mecánico, conforme fluye
el combustible, la válvula de aguja se abre y cierra con rapidez. Esta vibración, que a veces se
puede escuchar, ayuda a pulverizar el combustible en una niebla fina cuando el motor está
operando. Cuando la llave de encendido se apaga, la bomba de combustible eléctrica se detiene, y
cae la presión de combustible. Entonces, el resorte empuja la válvula de aguja para que se
mantenga cerrada, lo que impide que el combustible goteé en el puerto de admisión.
Válvula de arranque en frío.
Los sistemas de inyección de combustible pueden incluir una válvula de arranque en frío que
suministra combustible adicional para el arranque del motor en frío. La válvula es similar en
construcción y operación a un inyector de combustible operado por solenoide. A fin de impedir
que el motor reciba demasiado combustible o se inunde, un interruptor térmico de tiempo limita
la duración en tiempo que la válvula de arranque en frío puede inyectar combustible.
El interruptor térmico de tiempo tiene una cinta termostática, un par de contactos y un elemento
calefactor. Cuando el motor esta frío, la cinta está recta y los contactos cerrados. La vaálvula de
arranque frío rocía combustible al girar el motor. Conforme se calienta el motor, la cinta
termostática se dobla y los contactos se separan. Esto abre el circuito a la válvula de arranque en
frío y se detiene el suministro de combustible. El elemento calefactor acelera esta acción y reduce
el tiempo que el motor opera con una mezcla muy rica.
Sensor de posición del acelerador.
La velocidad del motor y la posición de la válvula del acelerador son entradas esenciales para el
ECM. El conocimiento de la posición de la válvula del acelerador le permite al ECM hacer coincidir
el flujo de combustible con el flujo de aire. La posición del acelerador es también importante para
el control de la velocidad de marcha en vacío y para los patrones de cambio de velocidades. En
algunos motores, cuando la válvula del acelerador se cierra durante la desaceleración, el ECM
detiene el flujo de combustible, lo que evita una mezcla exageradamente rica durante la
desaceleración.
A fin de proporcionar al EMC información sobre la posición del acelerador, se monta un sensor de
posición del acelerador (TPS) sobre el cuerpo mismo que es un potenciómetro, que envía de
manera continua una señal de voltaje variable al ECM. Un potenciómetro es un resistor variable,
que convierte un movimiento mecánico en un voltaje. En el sensor de posición del acelerador, este
voltaje está relacionado directamente con la posición de la válvula del acelerador.
El sensor de posición del acelerador tiene un alambre de resistencia que puede ser recto o
circular. Un extremo se conecta a tierra y el otro extremo se conecta a un voltaje de referencia de
5 volts del ECM. Una hoja deslizante conecta la flecha de la válvula del acelerador y se mueve a lo
largo de la bobina, conforme cambia la posición del acelerador.
Cuando la válvula del acelerador está cerrada, el brazo está en el extremo aterrizado de la
resistencia. La corriente debe fluir a través de todo el largo del material resistivo. Esto causa una
caída de voltaje relativamente grande y como resultado, con acelerador cerrado, el brazo envía al
ECM solamente una señal pequeña de voltaje de aproximadamente un volt. Conforme se abre la
válvula del acelerador, el brazo se mueve hacia otro extremo de la resistencia y la corriente ahora
fluye a través de la resistencia, por lo que hay menos voltaje. Esto incrementa la señal de voltaje
del brazo, hasta que el voltaje es de 5volts, a acelerador totalmente abierto.
Medición del flujo del aire de admisión.
La admisión de aire que fluye hacia el motor debe medirse con precisión. El ECM necesita esta
información para calcular la cantidad de combustible a inyectar. El flujo del aire de admisión se
puede medir de manera indirecta o de manera directa utilizando un sensor de flujo de aire.
1.- Medición indirecta: la información sobre la velocidad del motor y la carga del motor le indican
al ECM cuánto aire está entrando al motor, lo que se le conoce como medición de la densidad-
velocidad. La velocidad es la del motor, y la densidad es la del aire o de la mezcla aire-combustible.
Los sensores envían esta información al ECM que calcula cuánto aire está entrando al motor. Los
sistemas de inyección en los puertos utilizan medición de la velocidad-densidad.
Un sistema de velocidad- densidad no tiene sensor de flujo sino que , para calcular la cantidad de
combustible, el ECM utiliza la señal del sensor MAP. Entonces el ECM cambia el ancho del pulso
del inyector de manera que cada inyector quede abierto el tiempo suficiente para suministrar la
cantidad calculada de combustible.
En medición velocidad-densidad, las dos entradas primarias al ECM son la posición del acelerador
o la velocidad del motor, y el vacío del multiple de admisión, es decir, la carga del motor.La
información de la posición del acelerador está proporcionada por una señal de voltaje del sensor
de posición del acelerador. El vacío parcial o presión absoluta del multiple de admisión está
medido por un sensor.
Las entradas de temperatura del aire de admisión y otros sensores pueden hacer que el ECM
modifique su cálculo del flujo de aire.
2.-En muchos motores inyectados en los puertos, el aire de admisión fluye a través de un sensor
de flujo de aire y mide de manera directa ya sea el volumen o masa del aire que entra en el motor
enviando la información a la ECM. Existen varios tipos de sensor de flujo de aire. En los sistemas
electrónicos de inyección de combustible, todos los sensores de flujo de aire proporcionan una
salida eléctrica al ECM proporcional a la tasa de flujo del aire de la admisión al motor, por lo que el
ECM no tiene que calcular el flujo del aire.
Medición del vacío del múltiple y de la presión absoluta
El vacío del múltiple de admisión se puede medir utilizando un indicador de vacío o mediante un
indicador que mida la presión absoluta del múltiple. Los dos indicadores son similares, puesto que
ambos tienen un diafragma flexible que divide al indicador en dos cámaras, una de las cuales se
conecta al múltiple de admisión. En un indicador de vacío, la otra cámara está abierta a la
atmósfera. En un indicador de presión absoluta, la otra cámara contiene un vacío sellado.
El indicador de vacío comprara la presión atmosférica con el vacío del múltiple de admisión. Sin
embargo, la presión atmosférica varía y un indicador de presión absoluta compara el vacío o
presión absoluta del múltiple de admisión con un vacío sellado, que no varía.
Sensor de presión absoluta del múltiple de admisión (MAP)
Muchos sistemas de inyección de combustible y de control electrónico del motor incluyen un
sensor MAP. Puede tratarse de una unidad por separado, montada cerca o sobre el motor,
localizada dentro del ECM. El sensor MAP mide la presión absoluta en el múltiple de admisión y
envía esta información como una señal variable del voltaje al ECM.
El sensor MAP se conforma de un chip de silicio para sellar un ligero vacío entre el chip y su placa
de base, lo que permite que el chip se flexione conforme se le aplica una presión absoluta variable.
Dos semiconductores alteran su forma, lo que cambia su resistencia. Este cambio en la resistencia
es utilizado por EMC para determinar la presión absoluta en el múltiple de admisión.
Sensor de flujo de aire
Para medir de manera directa el flujo de aire de admisión los motores utilizan varios tipos de
sensores:
1) Placa: La placa sensora de flujo de aire es utilizada en los sitemas mecánicos de inyección
continua para medir el volumen de aire que entra al motor. La placa se coloca en el pasaje
de admisión del sensor de flujo de aire. Conforme el flujo de aire se incrementa, la placa
se levanta, lo que eleva un émbolo de control en el distribuidor de combustible y permite
un flujo mayor de combustible a los inyectores. El flujo adicional coincide con el flujo
adicional del aire.
2) Aletas. Se utiliza en algunos sistemas de inyección de combustible. Las aletas cargadas por
resorte están en el pasaje de admisión de aire del sensor de flujo de aire y están
conectadas a un potenciómetro. El aire que fluye a través suyo hace que la aleta se mueva
y el potenciómetro envíe una señal variable de voltaje al ECM.
3) Karman-Vortex. Conforme el aire se mueve a través del sensor de flujo de aire, el aire
pasa una varilla de generación de vórtex o de vórtice en el centro del sensor. La varilla
genera pequeñas espirales conocidas como vórtices, el aire que pasa en la parte trasera de
la varilla, un transmisor ultrasónico envía de manera continua ondas sonoras de alta
frecuencia a través del aire de admisión. Los vórtices interrumpen las ondas ultrasónicas
en relación con el flujo del aire de admisión. Esta medida de la tasa de flujo volumétrico
produce una señal eléctrica que es enviada a ECM
4) Alambre caliente Este sensor del tipo de masa de flujo de aire. Consiste en un alambre de
platino que se coloca en la trayectoria del flujo de aire y un sensor de temperatura del aire
de admisión mide la temperatura. El ECM envía una corriente eléctrica través del alambre
de platino para mantenerlo a una temperatura constante por encima de la temperatura
del aire de admisión. Sin embargo, mientras mayor sea el flujo de aire, más enfriará al
alambre caliente. Entonces el ECM debe incrementar la corriente para mantener el
alambre a la temperatura especificada. Esta corriente variable se convierte en voltaje
variable, que es enviado al ECM. El voltaje es proporcional a la masa del aire que entra al
motor.
5) Película caliente. Este tipo de sensor de flujo de masa de aire que utiliza un elemento
sensor de película caliente consiste en una hoja o rejilla de metal o de níquel recubierta
con un material de alta temperatura. El flujo de corriente pasa a través de la película
caliente y el flujo de aire que pasa por encima de la película la enfría. Igual que en el
alambre caliente,el ECM mantiene la película a una temperatura específica. La frecuencia
en la que varía es de 30 a 150hertz.
Sensores de la presión atmosférica y la temperatura del aire de admisión
Al modificarse la presión atmosférica y la temperatura, cambia la densidad del aire. El aire caliente
y la presión atmosférica baja este es menos denso y contiene menos oxígeno que un volumen
igual de aire más frío a una presión que entra al motor, de manera igual el aire más frío a una
presión más elevada. Cuando varía la cantidad de oxígeno que entra al motor, de igual manera
varía la cantidad de combustible que puede ser quemado.
Algunos sistemas de inyección de combustible incluyen un sensor de presión atmosférica que
también se conoce como sensor de presión barométrica.
El sensor de temperatura del aire de admisión es un termistor cuya resistencia eléctrica se reduce
conforme aumenta la temperatura.
Sensor de temperatura de refrigerante
Es un termistor que informa al ECM de manera continua la temperatura del refrigerante del
motor. Se trata de una señal variable de voltaje que el ECM utiliza de maneras diferentes.
Mientras menor sea la temperatura del refrigerante, más elevada será la resistencia del sensor de
temperatura del refrigerante. En un motor en frío, esta señal hace que el ECM incremente el
ancho de pulso del inyector y se suministra combustible adicional para una operación del motor
en frío. El ECM también puede alterar el tiempo de encendido para adecuarse a la temperatura del
motor.
Sensor de Oxígeno
Está instalado en el múltiple de escape y mide la cantidad de oxígeno en el gas de escape antes de
entrar al convertidor catalítico. Un sensor de oxígeno es del tamaño aproximado de una bujía.
Funciona comparando el contenido del gas de escape con el contenido de oxígeno del aire
exterior. El aire exterior o de referencia entra al sensor a tavés de una apertura o ventilación cerca
de su parte superior. Cuando existe una diferencia en el contenido de oxígeno, el sensor produce
un pequeño voltaje que es inversamente proporcional a la cantidad de oxígeno en el gas del
escape.
El sensor puede ir desde 0.1volt hasta 1.3 volts. Sin embargo, el intervalo está entre 100 y 900mv.
Cuando está cerca de 450mv, la relación aire-combustible es estequiométrica. Si el voltaje es
superior a 450mv, el contenido de oxígeno es bajo la mezcla es rica y si el voltaje es inferior a
450mv el contenido de oxígeno es elevado y la relación es pobre.
Operación en lazo cerrado y en lazo abierto.
El sensor de oxígeno no funciona a menos que esté caliente. Su temperatura debe estar en
aproximadamente 600°F o más arriba. Debido a lo anterior, el ECM tiene dos condiciones que se
pueden utilizar cuando el motor está operando normalmente. Estas condiciones se conocen como
lazo abierto y lazo cerrado.
Cuando el motor arranca y se está calentando, el ECM mantiene el sistema en lazo abierto.
Durante ese tiempo, el ECM ignora cualquier señal de voltaje enviada por el sensor de oxígeno y
calcula la relación deseada de aire y combustible utilizando la señal del sensor de temperatura del
refrigerante, la señal de la carga del motor.
El ECM coloca al sistema en lazo cerrado únicamente después de que se hayan cumplido:
1.- El motor debe haber estado operando durante un tiempo especificado (2minutos)
2.-La señal del sensor de temperatura de refrigeración debe estar por encima de un valor
específico
3.-La señal del sensor de oxígeno debe indicar que ha alcanzado su temperatura de operación de
600°F o superior.
Cuando cumple estas condiciones, el ECM coloca al sistema en lazo cerrado, acepta la señal del
sensor de oxígeno. Utilizando está retroalimentación, el ECM calcula el ancho del pulso del
inyector de combustible.
El motor puede recibir una mezcla rica mientras está operando en lazo abierto, lo que produce
emisiones excesivas al escape. A fin de reducir el tiempo en lazo abierto, muchos sensores de
oxígeno tienen en su interior un elemento calefactor eléctrico, lo que hace que el sensor de
oxígeno alcance su temperatura de operación con mayor rapidez.
Sensor de velocidad
Le dice a la ECM la rapidez con que está girando el cigüeñal , se utilizan estos datos para controlar
la medición de combustible, el avance de la chispa de encendido. Esta señal de la velocidad del
motor puede estar proporcionada por el distribuidor de encendido o por el sensor de posición del
cigüeñal. Estos por lo general son sensores de efecto Hall o sensores generadores de pulso
magnéticos.
Un sensor magnético de posición de cigüeñal se coloca en el costado del bloque de cilindros de un
motor de cuatro cilindros en línea con encendido sin distribuidor, las muescas en el disco de
tiempo del cigüeñal generan pulsos de voltaje en el sensor conforme las muescas pasan frente a él
y son enviadas al EMC.
Otro tipo de sensor de velocidad del motor cuenta los pulsos de alto voltaje provenientes del
distribuidor de encendido. Estos pulsos disparan las oscilaciones de alto voltaje que generan las
chispas para las bujías. El número de pulsos por segundo le indican al ECM lo rápido que esta
operando el motor.
Sistemas de inyección de combustible.
1.-Mono-jetronic: Se trata de un sistema de inyección pulsada en el cuerpo del acelerador o de un
solo punto. También se conoce como inyección central de combustible CFI.
2.-K y KE-Jetronic: Estos sistemas de inyección en puerto de tipo continuo. El sistema K es
mecánico y posteriormente fue mejorado a KE con la adición de un ECM .
3.-L-jetronic. Se trata de un sistema pulsado de inyección en los puertos que tienen un sensor de
flujo de aire de aletas y una válvula de arranque enfrío.
4.- LH-Jetronic: Es un sistema pulsado de inyección en puerto similar al sistema L-jetronic. Sin
embargo, este sistema utiliza un sensor de masa de aire de flujo de alambre de hilo caliente.
5.-Monotronic: Se trata de un sistema pulsado de inyección en los puertos, que administra al
motor mediante el control electrónico tanto en los sistemas decombustible como en los de
encendido. La admisión del aire se mide utilizando un sensor de flujo de aire de aletas. No
requiere de válvula de arranque en frío.
Inyección en el cuerpo del acelerador
Algunos motores tipo V utilizan ensambles de cuerpos de acelerador que tienen dos inyectores de
combustible. Cada inyector suministra a la mitad de los cilindros del motor. Ala mayor parte de los
ensambles TBI tienen incorporados tres dispositivos: un sensor de la posición del acelerador, una
válvula de control de aire en la marcha en vacío y un regulador de presión. Este regulador de
presión mantiene la presión de combustible correcta para el inyector. Si la presión se eleva
demasiado, vencerá al resorte y abrirá la válvula del regulador de presión. Algo de combustible
fluirá entonces a través de la válvula y a la tubería de retorno de combustible hacia el depósito con
lo que se limita la presión del combustible.
Inyección central de puertos.
Este sistema tiene un solo inyector de combustible, operado por solenoide, está localizado en el
múltiple de admisión. Cuando el ECM le da la señal al inyector de combustible, éste se abre y envía
el combustible a través de tubos de nylon a una tobera de combustible en cada puerto de
admisión con que se proporciona una inyección simultanea de puertos.
Inyección de combustible multipuerto (MFI)
Cuando existe un inyector de combustible operado por solenoide en cada puerto de admisión, los
inyectores pueden ser energizados simultáneamente, de grupo secuencial o secuencial. El método
dependerá de la capacidad del ECM. La inyección simultánea significa que todos los inyectores de
combustible se abran al mismo tiempo una vez durante cada revolución del cigüeñal. Cada
inyector abre dos veces para cada vez que su válvula de admisión de aire se abre. Los intervalos
entre inyección del combustible y la apertura de la válvula de admisión son tan breves que existe
poca perdida en eficiencia del motor.
La inyección por grupo significa que la mitad de los inyectores de un motor se abren al mismo
tiempo. La inyección en secuencia del orden de encendido y proporciona el suministro más preciso
de combustible y el mejor rendimiento del motor, al mismo tiempo minimiza las emisiones de
escape.
Sistema de escape
Reúne enfría, quita el ruido y limpia los gases de escape del motor. El sistema transporta los gases
al exterior del motor. Las partes del sistema de escape incluyen al múltiple de escape, la tubería de
escape, el convertidor catalítico, el silenciador, el resonador y tubos de escape. Para una mayor
resistencia a la herrumbre y más durabilidad, muchos sistemas de escape están fabricados de
acero inoxidable.
El silenciador y resonador reducen el ruido del escape. Los gases de escape se descargan al aire a
través del tubo de escape. En un motor en lía sólo se tiene una trayectoria a través de la cual
fluyen desde el múltiple de escape al tubo de escape.
En un motor tipo V, cada monoblock tiene un múltiple de escape. Un tubo conecta cada múltiple
de escape. Los extremos de salida se conectan a una tubería en Y que reúne los flujos de escape
en una salida, que se conectan al resonador. La tubería intermedia transporta a los gases de
escape del resonador hacia la parte trasera del vehículo. Sin embargo, cerca del eje trasero, el
sistema de escape de nuevo se divide. El gas de escape se descarga por los silenciadores, uno a
cada lado del motor.
También hay motores con escape dual, se trata de dos sistemas de escape por separado, cada uno
de ellos para cada banco de cilindros. En lugar de una tubería en Y, un tubo de cruce conecta las
dos tuberías intermedias para ayudar a reducir el ruido.
Múltiple de escape
Es un conjunto de pasajes o tubos que transportan el gas de escape de los puertos de escape de la
cabeza de cilindros al tubo de escape. El múltiple recolecta el gas de escape y entonces, el múltiple
reúne el gas en un solo flujo que entra en la tubería de escape. Un múltiple de escape del tipo de
tubo puede combinar el flujo de los cilindros en uno. Un motor en línea tiene solo un múltiple de
escape. Los motores de tipo V tienen dos múltiples de escape, uno por cada banco de cilindros.
Algunos motores en línea tienen los múltiples deadmisión y de escape en lados opuestos de la
cabeza de cilindros. Otros motores en línea tienen los múltiples de un solo lado. El múltiple de
escape queda debajo del múltiple de admisión. Algunos motores carburados con este arreglo
tienen una válvula de control de calor. Cuando el motor está frío, envía calor de los gases calientes
del escape para calentar el múltiple de admisión, mejorando la evaporación del combustible para
una mejor operación del motor frío.
Múltiple de escape afinado
Se puede mejorar la eficiencia volumétrica afinando el múltiple de escape cuando los tubos de
escape producen la menor contrapresión posible en el sistema de escape, que es la presión creada
en el sistema de escape por cualquier restricción al gas de escape fluyendo. Mientras más elevada
sea la contrapresión, menor será la eficiencia volumétrica del motor.
La longitud de los tubos incrementa la velocidad del gas de escape. Cuando se abre una válvula de
escape, el gas sale a alta velocidad como pulso de alta presión y justo detrás del pulso aparece una
presión mucho más baja. En un múltiple de escape afinado, cada vez que se abre el escape, el
pulso de alta presión se descarga en esta baja presión, así el cilindro se vacía o es barrido
completamente. Esto permite que más aire o mezcla entre la siguiente vez que se abra la válvula
de admisión. Como resultado se da un incremento en la potencia del motor. En algunos motores,
los pulsos del sistema de escape hacen funcionar la válvula de aire pulsado, al utilizar los pulsos
para alimentar con aire fresco al sistema de escape.
Silenciador
Está localizado entre un convetidor catalítico y el resonador o el tubo de escape. Su propósito es
enfriar y reducir la presión del gas de escape, y al mismo tiempo, aquietar o silenciar su ruido. El
silenciador tiene una serie de perforaciones, pasajes y cámaras a través de las cuales pasa el gas
del escape. Esto amortigua las ruidosas oscilaciones de alta presión que resultan de la apertura de
válvulas de escape. Algunos sistemas de escape utilizan un resonador más pequeño de tipo
silenciador para amortiguar aún más el ruido. Muchos motores utilizan un tubo de escape
laminado, formado de dos capas una dentro de la otra. Entre las dos se tiene una capa de plástico
emparedada. Ambos tipos de tubería amortiguan el repique del tubo de escape que ocurre en
algunos sistemas de escape.
Algunos motores requieren de un silenciador de modo dual, es decir, un sistema de escape activo,
permitiendo que el gas de escape fluya a través de un silenciador y de una tubería de derivación.
El área total más grande de flujo reduce la restricción en el sistema de escape, mejorando la
economía del combustible.
Convertidor Catalítico
Un catalítico es una sustancia que puede acelerar o retardar una reacción química entre otras
sustancias, sin que ella misma sea consumida por la reacción. Por lo general, una pequeña
cantidad del catalítico afectara una gran cantidad de otras sustancias. El convertidor catalítico
utiliza estas propiedades para ayudar a limpiar los contaminantes dañinos del aire de gas del
escape del motor.
Una operación correcta del convertidor catalítico requiere que el catalítico entre en contacto con
el gas del escape que fluye a través suyo.
El catalítico no es igualmente eficiente bajo todas las condiciones. Para una mejor eficiencia de
conversión, los cilindros del motor deben recibir una mezcla de aire y combustible con la relación
estequiometrica de 14:.7:1. Pequeñas variaciones en la relación de aire y combustible pueden
causar incrementos y emisiones al escape.
Para mantener la relación deseada de aire y combustible, la mayor parte de los motores tienen un
sistema de combustible controlado electrónicamente y para medir el combustible utilizan un
carburador retroalimentado o inyección de combustible. Como resultado, durante la mayor parte
de las condiciones de operación el motor recibe la relación estequimétrica de aire y combustible.
Construcción y operación del convertidor catalítico
Es un dispositivo parecido al silenciador, que por lo general contiene dos o más catalíticos.
Conforme el gas del escape fluye, los catalíticos convierten los contaminantes dañinos del gas del
escape en gases inocuos y el gas de escape que sale del convertidor contiene menos
contaminantes que el gas que entró.
Dentro del catalítico, el gas de escape pasa por encima de una gran superficie recubierta con una
delgada capa de material catalítico. Esta superficie o sustrato es una cama, que contiene cientos
de pequeños cuentas o nódulos, o un panal de cerámica único. La forma del convertidor catalítico
a menudo identifica el sustrato en su interior. Un convertidor catalítico del tipo nódulo es plano.
El convertidor catalítico de panal es de forma oval o redondeada.
Algunos motores de tipo V tienen dos convertidores catalíticos, uno para cada banco de cilindros.
También otros motores con un solo sistema de escape tienen dos convertidores.
Convertidor Catalítico de oxidación.
La construcción de un convertidor catalítico de tipo de oxidación, se ocupa de dos contaminantes,
HC y CO. Utiliza solo un catalizador de oxidación, los cuales son los metales paladio y platino,
ayudando a quemar los gases tóxicos.
Al entrar los gases calientes del escape en contacto con el catalizador, éste hace que el HC se una
con el oxígeno para convertirse en agua y bióxido de carbono.
Convertidor catalítico de tres vías
Un convertidor catalítico de tres vías reduce el HC, Co y NOx del gas de escape. Este tipo de
convertidor por lo general contiene el metal rodio para tratar los óxidos de nitrógeno y oxígeno.
Lo hace dividiendo el oxígeno del nitrógeno para formar al nitrógeno en un gas inocuo.
Y además este convertidor utiliza el convertidor de dos vías con paladio y platino, para deshacer
los otros gases contaminantes.
Escudos térmicos delos convertidores catalíticos.
Durante la reacción química del convertidor catalítico, cuando el gas del escape pasa por encima
del catalizador, la temperatura puede subir hasta 1600°F por lo que los componenentes
alrededor deben protegerse.
SISTEMA DE ESCAPE
Uno de los sistemas más críticos empleados en los motores en operación, el sistema de escape
remueve los productos de combustión desde el motor al exterior segura y efectivamente. Los
gases de escape son tóxicos y muy calientes, por lo que su diseño, construcción y mantenimiento
se debe considerar con sumo cuidado.
El mantenimiento e inspección del sistema de escape del motor debe evitar que la nariz de la
aeronave se incendie, entren gases de escape en la cabina, dañando partes y estructuras de la
aeronave.
DESARROLLO DEL SISTEMA DE ESCAPE
El sistema de escape para los motores de aeronaves fueron muy simple, solo los gases eran
expulsados por tubos de acero ajustadas en cada puerto de escape de cada cilindro
separadamente a través de pequeñas descargas . Este sistema era ruidoso y además permitía que
los gases de escape fluyeran dentro de las aberturas de las cabinas de las aeronaves.
Por otro lado, los pilotos volaban en la noche donde podían ver los problemas del motor,
observando el color de su flama de escape. Una pequeña flama de luz azul indicaba que la mezcla
fue correcta y el motor estaba operando satisfactoriamente. Si la flama fue más pequeña que lo
normal, indica una mezcla pobre. Cuando la flama es blanca o rojiza, indica que la mezcla fue
excesivamente rica. Y si solo un cilindro producía una flama blanca o roja, denotaba que una
válvula podía ser el problema o un anillo de pistón estaba gastado.
El siguiente paso en el desarrollo del sistema de escape, fue instalar el múltiple de escape por una
línea y opuesto al motor y a los anillos del colector para motor radial. A través de estos aparatos,
los gases de escape fueron direccionados al exterior, reduciendo la probabilidad de que entraran
por la cabina, ya que el múltiple se encuentra por abajo del motor. El múltiple y tubos de escape,
descargan no solo en el exterior sino que parte de ese flujo es dirigido al radiador, puesto que los
gases de escape calientes se utilizan para el sistema de deshielo en el carburador y limpiador de
vidrios de cabina.
Una aeronave moderna es equipada con un múltiple de escape, intercambiador de calor y
amortiguadores de ruido, y algunos sistemas incluyen turbocargador.
SISTEMA DE ESCAPE MOTOR OPUESTO
Muchos tipos de escape han sido diseñados y construidos para motores opuestos, que incluyen las
características esenciales requeridas para un efectivo sistema de escape.
El múltiple consiste de tubos de entrada desde el silenciador a los puertos de escape, los tubos
están sujetos por medio de tuercas y pernos; una junta de cobre –asbesto está colocada entre los
sellos del cilindro y la estructura que proviene en el escape de los gases. La tubería usada en la
construcción del silenciador y ductos es de acero inoxidable, resistente a la corrosión.
El sistema de escape para cuatro cilindros opuestos, está unido al tubo de expansión, lo cual es
esencialmente para permitir que la tubería se expanda y se contraiga sin generar roturas. Los
tubos están sujetos por un múltiple tipo “Y”, el cual pasa a través por el silenciador e
intercambiador de calor.
El arreglo para un múltiple de escape para seis cilindros opuesto con turbocargador, tiene ductos
de acero inoxidable, también sujetos por pernos y tuercas. Este ducto esta curveado para
direccionar el flujo de escape hacia la parte de atrás del múltiple. El lado opuesto del motor tiene
un arreglo similar y el flujo de los gases desde ambos lados del motor pasa a través de los tubos
para la puerta de descarga en la parte de atrás del motor. Cuando el motor esta en operación con
el turbocargador, la puerta de descarga direcciona una porción de los gases de escape a través del
turbocargador. Una unión expansiva es provista en el sistema para permitir una expansión y
contracción irregular debido a los cambios de temperatura.
Un sistema de escape para una aeronave ligera, incluye un sistema de calentamiento para cabina
En este sistema, los gases son direccionados a través de los intercambiadores de calor y por
debajo del motor se encuentran los tubos de escape. Unos tubos transversales llevan los gases
desde los cilindros izquierdos a los tubos de escape de lado derecho del silenciador. Los tubos de
escape se sujetan al silenciador por medio de abrazaderas, lo cual permite la expansión y
contracción del sistema. Un revestimiento de acero delgado es puesto alrededor del
intercambiador de calor para capturar el calor desde este y direccionarlo a las mangeras. Los
revestimientos de ambos silenciadores son conectados a un ducto flexible el cual direcciona el aire
hacia afuera entre el espacio del silenciador y su revestimiento. El aire caliente del revestimiento
es llevado a través de un ducto flexible para la cámara de ventilación en el cual son localizadas las
válvulas de control de calor.
El sistema empleado en un motor doble de una aeronave ligera, tiene un sistema de
calentamiento tipo combustión, por lo que no hay necesidad de un intercambiador de calor. El
sistema en cada lado del motor consiste de tres tubos, una unión flexible entre el tubo posterior,
el silenciador y el tubo de escape, y están sujetos a la estructura por medio de un soporte colgante
para expansión y flexibilidad.
SISTEMA PARA MOTOR RADIAL
El motor radial usualmente deposita los gases a través de un pequeño colector. El colector sirve
para prevenir cambios de temperatura extremo para las válvulas de escape y área de escape de la
cabeza de cilindro.
También se llevan los gases calientes lejos desde el área de la cabeza de cilindros. La experiencia
revela que para mejor instalación es deseable que el colector de gases de un múltiple, descargue
en un punto donde el calor no pueda afectar a la estructura de la aeronave y los gases de escape
no entren ni en la cabina, ni en el motor.
El anillo de colector de escape para un R_985 es fabricado en secciones con pequeños tubos de
entrada para puertos de escape de cada cilindro. La construcción de un anillo de colector es tal
que cada sección individual pueda ser re-movido para mantenimiento y reparación. La separación
de secciones también permite la expansión y contracción sin causar fatiga extrema y alabeo.
El anillo del colector para 14 cilindros, está hecho de más de 7 secciones cada una con dos salidas
de escape. La sección del anillo opuesto de los gases de salida es más pequeña por que lleva a los
gases desde solo dos cilindros. Desde ese punto el lugar de la salida, la sección es incrementada
en diámetro para proveer gases adicionales para un mejor barrido. El ducto de escape es largo y se
conecta al puerto del anillo de colección alcanzado hacia delante de la conexión con los cilindros
frontales. El tubo de escape desde los cilindros esta unido a los puertos de anillos de colección por
medio de un tubo de conexión que permite la expansión y flexibilidad. Cada sección del anillo
colector está sujeto a una sección del ventilador.
Algunos sistemas de escape incluyen un aumentador de escape. Por instalación de aumentador
con 18 cilindros, los gases de escape son colectados desde el lado derecho del motor y
descargados dentro de la campana del lado derecho del aumentador izquierdo. Cuatro de los
tubos de escape instalados sobre cada lado del motor manejan los gases de cada dos cilindros.
La línea de fuego de los cilindros se alimentan dentro de cada tubo de escape es separado lo más
posible para proveer un flujo de escape máximo sin exceso de presión trasera.
El aumentador produce un efecto venturi, el cual incrementa el flujo del aire desde la carcaza.
Este incrementa el flujo a través de la estructura adicionando un enfriamiento en el motor y
provee una cantidad pequeña de empuje. El tubo aumentador debe estar en perfecto
alineamiento con el flujo de escape para producir un máximo efecto.
El tubo del aumentador, es construido de acero resistente a la corrosión y a veces contiene venas
ajustables, las cuales pueden ser controladas desde cabina. En el caso del motor en operación a
baja temperatura el piloto puede cerrar la vena para reducir la sección transversal del aumentador
hasta 45º incrementando la temperatura de operación.
CARBURADOR
DEFINICIÓN
El carburador es el dispositivo que se encarga de preparar la mezcla de aire combustible en los
motores a gasolina . A fin de que el motor funcione más económicamente y obtenga la mayor
potencia de salida, es importante que la gasolina esté mezclada con el aire en las proporciones
óptimas. Estas proporciones, denominadas factor lambda son de 14,7 partes de aire en peso, por
cada 1 parte de gasolina; es lo que se llama "mezcla estequiométrica"; pero en ocasiones se
necesitan otras dosificaciones, lo que se llama mezcla rica (factor lambda menor de 1) o bien
mezcla pobre o factor lambda mayor de 1 en volumen corresponden unos 10.000 litros de aire
por cada litro de gasolina.
CARBURADORES, SU OBJETO Y NECESIDAD
El carburador desempeña una triple función: debe de proporcionar una mezcla
proporcionada, homogénea y constante.
La proporción teórica de una mezcla, se puede modificar, bien voluntaria o
accidentalmente. Pero hace falta, sin embargo, que permanezca dentro de ciertos límites, de lo
contrario la mezcla obtenida sería ininflamable.
Estos límites son: 8 gramos de aire por 1 gramo de combustible (mezcla rica) 28 gramos de aire
por 1 gramo de combustible (mezcla pobre). La dosificación de la mezcla para un régimen de
funcionamiento no presenta dificultad y puede obtenerse con la ayuda de calibradores.
Homogeneidad. El combustible debe de estar íntimamente mezclado con el aire, y la mezcla debe
presentar en toda la masa la misma uniformidad. Luego es necesario fraccionar el combustible
cuanto sea posible. Este fraccionamiento favorece la acción vaporizante como
consecuencia de la mayor superficie que de ello resulta.
Constancia. La constancia de una mezcla es la propiedad que debe de poseer todo carburador
para formar una mezcla proporcionada y homogénea en todos los regímenes de
funcionamiento del motor. Esta propiedad, conocida bajo el nombre de automatismo, es una de
las más difíciles de obtener.
REGULACION DE LOS CARBURADORES
La regulación de los carburadores se basa en la necesidad de obtener en todo momento, actuando
sobre los distintos elementos que constituyen el carburador, una mezcla correcta para cualquier
régimen de funcionamiento.
La regulación de la mayoría de los carburadores ha de realizarse en varios períodos; así, por
ejemplo, el reglaje del carburador Solex con starter se efectúa en tres operaciones sucesivas
correspondientes a tres estados de marcha perfectamente distintos, a saber:
Para la marcha normal. Esta regulación consiste en fijar el diámetro del surtidor principal
y el diámetro del difusor. La regulación plena de admisión se resume en determinar el diámetro
del surtidor principal; en principio ha de procurarse que sea lo más pequeño posible, pero sin
adoptar un reglaje excesivamente pobre. En cuanto al difusor, únicamente se procederá a su
sustitución por otro cuando se desee variar el rendimiento.
Para la marcha lenta o ralentí. El surtidor de marcha lenta suministra la cantidad de combustible
necesario habiéndose determinado experimentalmente el diámetro del mismo. Un
tornillo tope de cierre de la mariposa, determina la velocidad del motor. Un tornillo de riqueza de
ralentí, actúa sobre el caudal de mezcla que suministra el surtidor de ralentí y calibrador de aire.
La afinación de la marcha lenta debe ser hecha con el motor en caliente, debiendo efectuarse
aflojando o apretando el tornillo de ajuste de riqueza de ralentí para obtener la velocidad del
motor más elevada.
Si después de haber efectuado este reglaje, el régimen de ralentí parece demasiado elevado o
demasiado bajo, habrá que actuar sobre el tornillo tope de cierre de la mariposa, aflojando o
apretando, según sea el caso, para reducir o aumentar el régimen.
Para la puesta en marcha del motor frío. La afinación del starter consiste en determinar
el diámetro del surtidor de combustible y el surtidor de aire. El starter debe utilizarse en tanto
que el motor no haya alcanzado su temperatura normal de funcionamiento.
Tipos de Mezclas:
Básicamente se basa en dos clases de mezcla, más "rica" o "pobre". Cuando en una mezcla hay
exceso de aire se dice que es "pobre" y, en este caso, la combustión es lenta, se calienta el motor y
no desarrolla toda su potencia. Se dice que una mezcla es "rica" cuando contiene excesiva
cantidad de gasolina, en cuyo caso, como no hay suficiente aire, no se quema todo el combustible,
desperdiciándose inútilmente.
Existe la mezcla estequiometrica, es la cantidad de aire y gasolina que debe tener la mezcla, para
que la explosión sea la adecuada, dependiendo de las necesidades de marcha del motor. Varía
desde 17/1 hasta 12/1.
Requerimientos del motor
Son tres las condiciones generales en las que se deben satisfacer la relación de aire-combustible:
En vacio y con poca carga (Ralentí o marcha lenta): Es el régimen de giro más bajo del motor que
sirve para que éste no se detenga con el acelerador suelto y en parado. Trabaja con la antes
mencionada “Mezcla rica”.
Zona económica, con cargas medias: la relación de aire-combustible que puede proporcionar
máxima economía. Los motores mono cilíndricos utilizan relaciones económicas elevadas de 16 y
17 a 1 porque el múltiple alimenta a un cilindro, esta utiliza “Mezcla estequiometrica”
Zona de potencia, a plena carga: cuando se demanda más potencia del motor, esta utiliza “mezclas
pobres”.
Componentes del Carburador y descripción
Partes principales del carburador:
- Estrangulador: regula la cantidad de mezcla aspirada por el motor y esta mandada por el pedal
del acelerador, que a su vez es accionada por el conductor.
- Esprea: Su objetivo es llevar el combustible al tubo Venturi para poder mezclarlo con el aire
- Flotador: su misión es abrir o cerrar el sistema de aguja.
- Tubo Venturi: Su función es comprimir la mezcla de fluido para poder garantizar una mezcla
realmente homogénea
- Ahogador: Regula el paso del aire con el que se hará la mezcla con el combustible
- Cámara de flotador: Mediante un flotador que abre y cierra el orificio de entrada de la gasolina
con una válvula de aguja, se impide los efectos causados de la diferencia de nivel entre el depósito
y el carburador, el cual varía con la posición del auto.
La posición del flotador se puede regular en el mayor parte de los casos, para nivelar el nivel de la
gasolina correctamente y evitar inundaciones en el carburador (nivel muy alto) o fallos del motor
(nivel muy bajo).
Tipos de sistemas de carburación
El carburador simple
Un carburador simple no mantendrá una relación constante de la mezcla cuando la presión en la
garganta del venturi toma diferentes valores bajo diferentes condiciones de funcionamiento.
El carburador del motor de un cilindro, cuando trabaja con el estrangulador completamente
abierto, puede ser ajustado para proporcionar la relación requerida de la mezcla. Pero cuando no
se abre completamente, el flujo intermitente es alterado durante mayor tiempo por la acción del
estrangulador y por ello resulta la mezcla más pobre. Esta tendencia se agudiza por el volumen del
múltiple. Es difícil diseñar el carburador para que funcione igualmente bien bajo todas las
condiciones de velocidad del motor, el volumen del múltiple y la presencia de oleadas de presión
resonante, complican aun más el problema.
Carburador doble
Utilizado principalmente en vehículos de altas prestaciones, esta constituido por dos carburadores
simples, como los ya estudiados, unidos en cuerpo común. Lleva dos colectores de aire y cada uno
de los dos carburadores tiene todos los circuitos correspondientes para la formación y la
dosificación correcta de la mezcla. Cada uno de los colectores desemboca por separado en un
colector de admisión independiente, para alimentar con cada uno de los carburadores a la mitad
de los cilindros del motor. De esta forma se consigue un mejor llenado de los mismos y un
perfecto equilibrio en el reparto de la mezcla
● Los carburadores se pueden clasificar según la posición del difusor:
- Vertical ascendente: actualmente no se usa por que presenta problemas de arranque en frío y en
el pleno llenado de los gases.
- Vertical descendente: actualmente el mas usado, facilita el llenado por el efecto de la fuerza de la
gravedad.
- Horizontal o inclinado: se utiliza cuando hay problemas de espacio (altura en el vano motor).
Posiciones de la esprea o tobera de descarga
También se clasifican según la forma y la disposición de sus elementos constructivos:
- Carburadores de difusor fijo (la gran mayoria).
- Carburadores de difusor variable (motocicletas principalmente).
- Carburadores dobles (motores de altas prestaciones).
- Carburadores de doble cuerpo (para motores de gran cilindrada).
Efecto Venturi
El efecto Venturi es en el que se basa el funcionamiento de cualquier carburador convencional, si
vemos en la figura vemos que tenemos un tubo con un estrechamiento central, un recipiente con
liquido comunicado a la atmosfera y tos tubos pequeños que comunican verticalmente ese liquido
con el tubo superior, el 1 y 2.
FUNCIONAMIENTO
• El carburador posee una división donde la gasolina y el aire son mezclados y otra porción
donde la gasolina es almacenada a un nivel muy preciso, por debajo del nivel del orificio
de salida (cuba). Estas partes están divididas pero están conectadas por la tobera
principal.
• En la carrera de admisión del motor, el pistón baja dentro del cilindro y la presión interior
del cilindro disminuye, aspirando aire desde el purificador (filtro), carburador y colector de
admisión fluyendo hasta el cilindro. Cuando este aire pasa a través de la porción angosta
del carburador, la velocidad se eleva, y por el efecto Venturi aspira la gasolina desde la
tobera principal. Esta gasolina aspirada es soplada y esparcida por el flujo de aire y es
mezclada con el aire.
• Esta mezcla aire-combustible es luego aspirada dentro del cilindro.
• Para poder enriquecer momentáneamente la mezcla para obtener un aumento
instantáneo de fuerza, casi todos los carburadores actuales poseen una bomba llamada de
aceleración.
• Suelen ser de pistón, de forma que a partir de cierto punto de apertura de la válvula de
mariposa, éste presiona y envía la gasolina al colector a enriquecer la mezcla realizada por
el difusor.
• Constan de dos válvulas que sólo permiten el paso de gasolina en dirección al colector,
una para llenado de la bomba y otra para enviarla al colector.
• Algunos motores incorporan al carburador un elemento más, llamado economizador, que
bien aumentando la proporción de aire o disminuyendo la gasolina, consigue un ahorro de
combustible a medida que el motor está más acelerado.
• Basa su funcionamiento en que el tapar el pozo compensador con una válvula de
membrana, la cual permanece cerrada por la acción de un resorte situado en una cámara
que comunica con el colector de admisión, y al acelerar y activar la succión en el colector,
ésta hace un vacío en la cámara, que vence el resorte y permite una entrada de aire mayor
en el pozo, con lo que se empobrece la mezcla, que sale por el compensador.
En este tipo de compresor podemos observar la válvula de nombre estrangulador y ahogador, que
recordemos que uno regula el paso de aire y la otra regula el paso de la mezcla respectivamente.
El sistema de válvulas se cierra y se abre conforme a los requerimientos del motor, en el caso de
este carburador cuenta con 2 ductos, en la siguiente imagen se puede observar la parte que va
ensamblada al múltiple de admisión, un ejemplo es que, en primera estancia se abren los ductos 1
y cuando se requiere más potencia, se abren los ductos mas grandes (2) y así permiten una mayor
aérea de entrada, se empobrece la mezcla.
Con una sola válvula reguladora se administra el flujo en 2 ductos separados, en esta imagen se
puede observar la esprea, el tubo venturi, etc.
Los carburadores requieren que siempre haya un paso de mezcla en todo momento, que sin ese
flujo el motor se puede apagar, en la siguiente imagen se muestra como solo tiene una válvula
reguladora en un solo ducto, en el del lado derecho el flujo siempre esta constante, y el otro
podría servir como antes mencionamos, cuando se abre, es porque el motor requiere más
potencia.
PROBLEMAS
• El carburador fue el primer sistema de alimentación pensado para motores de combustión
por ignición (gasolina), por lo que es lógico pensar que era un sistema más simple que los
actuales.
• En concreto, éste constaba de un tubo con un estrechamiento en la parte media y una
mariposa en la parte final.
• En la zona del estrechamiento, la incompresibilidad del aire ambiente explica que allí se
produzca un aumento de velocidad del mismo. A cambio, su presión disminuye, hecho que
se aprovecha colocando justo en esa zona un conducto por el que discurre la gasolina
(aproximadamente a presión ambiente), de tal manera que la diferencia de presión entre
ésta y el aire en el estrechamiento (menor que la ambiente) da lugar a la inyección de la
gasolina en el tubo, donde se mezcla por fin con el aire.
• Así pues, resulta ser un sistema bastante sencillo, simple, de fácil construcción y buena
fiabilidad, dado que sólo dispone de un elemento mecánico (la mariposa). No obstante,
este sistema planteaba una serie de problemas.
• El primero de ellos estriba en la falta de control sobre la dosificación de la mezcla cuando
se actúa sobre la mariposa, cuando se acelera, para demandar potencia.
• La mezcla entonces se vuelve demasiada rica, utilizando más gasolina de la necesaria para
entregar esa potencia requerida, lo que eleva en exceso el consumo de carburante.
• Esto crea, por otra parte, un problema mayor, pues no toda la gasolina es capaz de
quemarse dentro del cilindro, pero se encontrará más adelante, en el tubo de escape, con
aire muy caliente, donde entonces sí explotará parte de lo que no había combustionado
antes (el conocido efecto de postcombustión o detonación).
• En el lado opuesto, cuando el motor está al ralentí, la dosificación de gasolina es baja, es
decir, la mezcla es demasiado pobre, por lo que se corre el peligro de que el motor se
apague por exceso de aire ya que la llama no se propaga.
• Ante esto, se propuso la solución de añadir un conducto desde el depósito de gasolina,
paralelo al anterior, que desembocara en un tubo más allá de la mariposa, para seguir
introduciendo combustible con el acelerador desactivado.
• El siguiente en ser mencionado es el debido a la adhesión del combustible en las paredes.
Esta cantidad de gasolina es importante pues el estrechamiento del tubo principal está
lejos de la entrada a los cilindros y, desde ahí en adelante, las paredes acumulan mucha
gasolina adherida.
• Esto es perjudicial para los procesos transitorios. En concreto, si se acelera, se requiere
rápidamente una mezcla ligeramente rica, cosa que no se consigue al instante ya que el
combustible es frenado por estas acumulaciones, hasta que las arrastra. Justo después,
cuando soltamos el acelerador de golpe, el coche no se frena instantáneamente, pues
sigue entrando parte de la gasolina que había sido arrastrada anteriormente.
• Resultado: respuestas lentas. La solución en este caso consiste en una bomba de gasolina
que acelera el combustible para hacer más rápido el arrastre antes mencionado. Esto
desemboca en un aumento rápido de la dosificación, es decir, mezclas ricas otra vez.
• La congelación:
• Es la formación de escarcha en las diferentes partes del carburador, debido al
enfriamiento del vapor de agua que hay en el mismo.
• La evaporación de la gasolina es un factor determinante ya que provoca un descenso
importante de la temperatura del interior del carburador, si ha esto le unimos una
temperatura ambiente cercana a los 0ºC, el vapor de aire circundante choca contra los
diversos conductos del carburador y se deposita en forma de escarcha.
•
Los efectos provocados por la congelación trae los siguientes inconvenientes:
• 1- Si se deposita en el difusor se reduce la sección, pasa menos caudal de aire y por lo
tanto la mezcla se hace mas rica, peligro de calado del motor.
•
2- Si se deposita en los orificios del ralentí, se taponan, no funciona el ralentí y el motor se
para.
• 3- Si se deposita en los orificios del by-pass, la progresión es mas defectuosa.
Como remedio se utiliza un elemento que caliente el carburador.
• Percolación:
• Es la evaporación de la gasolina en el carburador debido a la elevada temperatura que
existe en este.
• Dicha evaporación provoca la formación de burbujas de gasolina en el carburador.
Las burbujas aparecidas en el circuito de ralentí provocan el empobrecimiento de la
mezcla y por tanto marcha irregular o calado del motor.
• Los vapores formados en el circuito principal provocan el desbordamiento de la mariposa
que se vierte sobre la mariposa y colector de admisión pudiendo provocar calados en
ralentí por exceso de riqueza así como anegado del motor y mojado de las bujías. Además
dificulta la puesta en marcha.
•
Cuando los vapores se forman en el circuito de la bomba de aceleración la mezcla
suministrada se empobrece.
• El remedio para la percolación hay que buscarlo a la hora de diseñar el carburador, por
que después es difícil buscar soluciones, como no sean la mejora de la ventilación del vano
motor y la interposición de barreras térmicas entre el carburador y sobre todo el colector
de escape, el que mas calor genera.
Problemas con la Carburación en el Mundo de la Aeronáutica
• En el mundo de la aeronáutica, existe otro problema añadido en cuanto a la dosificación
de la mezcla. Y es que la densidad con la altitud disminuye.
• Por lo tanto, la masa de aire admitida es menor respecto al combustible inyectado.
• La mezcla se vuelve rica, con la grave amenaza de poder apagarse el motor por falta de
combustión, esta vez, por exceso de combustible.
• Para esto, se introdujo un conducto adicional más delgado por el que se dejaba pasar
combustible sólo en condiciones de vuelo alto.
Clasificación de los carburadores
Se pueden clasificar como retroalimentados o no retroalimentados. El primero está controlado
electrónicamente con un sistema similar al de la inyección electrónica de combustible. Sin
embargo, la computadora del motor envía pulsos a un solenoide en el carburador, o a una válvula
de medición controlada por vacío, en vez de a un inyector de combustible. Estos pulsos pueden
hacer que el carburador ajuste la relación aire-combustible.
Y los no retroalimentados son los carburadores básicos y sencillos.
Sistemas de carburador de venturi fijo
El carburador necesita varios sistemas o circuitos especiales que ayudan a ajustar la relación de
aire-combustible para adecuarse a condiciones variables de operación. Estos sistemas son:
1) El sistema de flotador
2) El sistema de marcha en vacío
3) El sistema de medición principal
4) El sistema de potencia
5) El sistema de estrangulador
Sistema de flotador
En el carburador, el depósito o taza del flotador se llena de combustible desde el depósito
mediante una bomba de combustible. La ventilación en la parte superior de la taza del flotador
permite que la presión atmosférica actúe sobre el combustible del depósito. La presión
atmosférica empuja al combustible hacia arriba a través de la tobera de combustible. Si está
pasando aire por el carburador, el flujo del aire a través del venturi produce un vacío alrededor del
extremo de descarga de la tobera de combustible y el diferencial de presión resultante hace que
se descargue combustible de la tobera de combustible al aire que está pasando.
El sistema de flotador incluye un pequeño depósito de combustible con un flotador y una válvula
de aguja. Algunos flotadores son huecos y están hechos de latón, otros están fabricados de
material sólido más ligero que la gasolina, tienen formas variadas y a menudo se utilizan en pares.
El movimiento hacia arriba y hacia abajo del flotador mueve la aguja de la válvula hacia adentro y
fuera de su asiento. La válvula de aguja puede estar en posición horizontal o vertical. En cualquiera
de estas posiciones, la válvula de aguja controla el nivel de combustible de la taza del flotador.
Conforma la bomba de combustible envía combustible a presión a la taza del flotador, el nivel de
combustible y el flotador se elevan. El flotador empuja a la válvula de aguja contra su asiento. Una
vez llegado el combustible a su nivel correcto, la válvula de aguja cierra el suministro de
combustible al depósito del flotador.
Cuando el carburador consume combustible de la taza del flotador, esté baja. La válula de aguja se
mueve de su asiento y entra más combustible. En operación, el flotador y la válvula de aguja
tienen una posición de equilibrio. Entra la misma cantidad de combustible que ha sido retirada.
Algunos carburadores tienen una válvula de combustible auxiliar, operada por el flotador. Si el
nivel de combustible cae durante cargas o altas velocidades, el extremo de la palanca de flotador
abre una válvula auxiliar para admitir combustible adicional a la taza del flotador.
Un nivel inadecuado de flotación hace que el carburador entregue una mezcla ineficiente de aire-
combustible. Si el nivel es demasiado elevado, mucho combustible se descargará de la tobera del
mismo y la mezcla aire-combustible será demasiado rica. Si es demasiado bajo, no se descargará
suficiente combustible y la mezcla será demasiado pobre.
Ventilación de la taza del flotador
Las tazas de flotador están ventiladas en un punto por arriba de la válvula de aceleración. La
ventilación ayuda a compensar los efectos de un limpiador de aire sucio que puede causar un
vacío más grande en el venturi, como extraer combustible adicional de la taza del flotador,
produciendo una mezcla rica. La ventilación asegura que el aire por arriba del combustible en la
taza del flotador y el aire que entra al carburador tengan la misma presión.
La taza del flotador tiene otra ventilación. Una vez apagado el motor, el calor de esté vaporiza
parte del combustible de la taza. La perforación de la ventilación del cánister permite que estos
vapores fluyan hasta él atrapando los vapores de combustible, evitando se escapen y lleguen a la
cabina o contaminen el aire.
Válvula compensadora de marcha en vacío en caliente
Durante la marcha en vacío en caliente, la ventilación interna puede dejar pasar suficiente vapor
de combustible de la taza del flotador para descompensar la relación aire-combustible, lo que
podría enriquecer excesivamente la mezcla. A fin de impedir lo anterior, algunos carburadores
tienen una válvula compensadora de marcha en vacío en caliente sujeta a una hoja termostática.
Cuando la temperatura elevada actúa sobre la hoja, se dobla y abre un pasaje de aire del
carburador. Entonces, el aire adicional se deriva en el sistema de marcha en vacío y fluye a través
del paso de aire auxiliar, lo que empobrece la mezcla lo suficiente para compensar el vapor
adicional de combustible de la taza del flotador.
Sistema de marcha en vacío
Cuando la válvula del acelerador está cerrada durante la marcha en vacío, pasa muy poco aire a
través del vénturi, lo que causa un vacío tan pequeño que no hay descarga de combustible de la
tobera del mismo.
El sistema de marcha en vacío suministra mezcla aire-combustible durante la operación de
acelerador cerrado. El elevado vacío en el múltiple de admisión por debajo de la válvula de
estrangulamiento cerrada succiona aire-combustible a través de los pasajes de sistema de marcha
en vacío y se descarga a través del puerto de marcha en vacío donde la mezcla se empobrece
debido al aire que pasa alrededor de la válvula del acelerador cerrada.
Operación en baja velocidad
Cuando la válvula del acelerador se abre ligeramente, el borde de la válvula de acelerador se
mueve por arriba del punto de marcha en vacío, hacia el puerto de baja velocidad o de
transferencia. El vacío del múltiple de admisión actúa ahora sobre este puerto superior, haciendo
que se descargue combustible adicional, que se mueve más allá de la válvula de acelerador
ligeramente abierta. La mezcla resultante tienen la riqueza apropiada para operación en baja
velocidad.
Sistema de medición principal
Cuando la válvula de acelerador se ha abierto lo suficiente, de manera que su borde superior está
por arriba de los puertos de marcha en vacío y de transferencia, estos puntos dejan de suministrar
combustible debido a que hay una diferencia cada vez menor en el vacío por arriba y por debajo
de la válvula del acelerador.
Sin embargo, conforme se mueve más aire a través del vénturi, el vacío de esté se hace más
fuerte, la tobera de combustible y el sistema de medición principal se hace cargo. Mientras más
abierta esté la válvula del acelerador, más rápido fluirá el aire y más grande será el vacío del
vénturi. Esto hará que se descargue más combustible de la tobera principal para mantener la
relación correcta de aire y combustible.
Sistema de Potencia
Para una operación de alta velocidad con el acelerador todo abierto, la mezcla de aire-
combustible debe enriquecerse. El sistema de potencia produce este aumento de mezcla y se
divide en :
1) Sistema operado mecánicamente. Este sistema utiliza una varilla de medición y una esprea
. Esta última es una perforación o un orificio efectuado con precisión, a través del cual
pasa el fluido. La varilla de mediciónes cónica, o bien contiene dos o tres o más pasos de
diámetros diferentes. En el carburador la varilla de medición está sujeta al acoplamiento
del acelerador. Cuando el acelerador está cerrado, la varilla de medición está abajo. El
diámetro más grande está introducido en la esprea, lo que restringe el flujo de
combustible hacia la tobera principal. Sin embargo, fluye suficiente combustible para la
operación de marcha en vacío y de acelerador parcialmente abierto.
Conforme se abre la válvula del acelerador, el acoplamiento eleva la varilla de medición.
Esto deja una sección de diámetro menor de la varilla dentro de la esprea y puesto que la
esprea está menos restringida, fluye más combustible, para más potencia del motor.
2) Sistema operado por vacío. Utiliza el vacío del múltiple de admisión, el carburador con dos
varillas de medición, que se elevan y bajan debido al movimiento de un pistón de
potencia. Un alto vacío hace que el pistón de potencia venza la fuerza del resorte y tire
hacia debajo de las varillas de medición, lo que limita el flujo de combustible a través de
las esprea de las varillas de medición. Conforme se abre el acelerador y el vacío del
múltiple de admisión se hace más débil, el resorte empuja el pistón de potencia hacia
arriba, eleva las varillas de medición y permite el paso de más flujo de combustible a
través de las espreas.
Un carburador con un difragma de vacío, cargado con resorte acoplado a la varilla de
medición. Cuando el acelerador se abre completamente, existe poco vacío del múltiple de
admisión. El resorte baja el diafragma y la varilla de medición. Así se mueve una sección de
diámetro más pequeña de la varilla en la esprea, por lo que fluye más combustible.
Algunos carburadores tienen un sistema combinado de potencia en vacío y mecánico. La
varilla de medición está acoplada tanto a la válvula del acelerador como a un diafragma de
vacío.
Compensación en altitud
A gran altitud la presión atmosférica es menor y el aire es menos denso, lo que puede
hacer que el carburador produzca una mezcla más rica, con un rendimiento del motor
pobre y elevadas emisiones de escape.
Al fin de corregir lo anterior, algunos carburadores tienen un compensador de altitud que
automáticamente ajustas la mezcla aire-combustible en función de cambios en altitud. El
dispositivo es un pequeño barómetro aneroide, que consiste en un fuelle sellado, con
vacío parcial en su interior. El fuelle se alarga en condiciones de una menor presión de aire
y hace que baje la varilla de medición dentro de una esprea, reduciendo la cantidad de
combustible que puede fluir a través de la misma.
Estranguladores
Para arrancar un motor, el carburador debe suministrar una mezcla muy rica. Con el
carburador y el motor frío, sólo se evapora una parte del combustible, por lo que se
necesita combustible adicional, de manera que se evapora lo suficiente para producir una
mezcla de combustible.
Los carburadores de vénturi fijo tienen una válvula de estrangulación redonda o
rectangular en la parte superior de la toma de aire que está controlada mecánicamente o
automáticamente. Durante el arranque, la velocidad del aire a través del carburador es
baja, por lo que el vacío del vénturi es demasiado pobre para hacer que la tobera de
combustible o el sistema de marcha en vacío suministren combustible. Cerrando la válvula
el flujo se estrangula, y se incrementa el vacío en el carburador al hacer girar el motor.
Esto hace que la tobera de combustible suministre suficiente combustible, de manera que
el motor puede arrancar y operar.
SISTEMA DE ENFRIAMIENTO
1. Características Generales y operación
Introducción El rendimiento de un Motor de Combustión Interna MCI está asociado a su capacidad para convertir el total de la energía suministrada en trabajo útil. Para elevar el rendimiento térmico del motor es ideal operarlo a temperaturas lo más elevadas posibles, pero hay limitantes como los materiales, los cuales no pueden trabajar en rangos tan altos de temperatura, siendo necesario una apropiada remoción del calor para prevenir fallas debido a la fatiga térmica. Igualmente las altas temperaturas de operación son precursoras de contaminantes como NO2, requiriéndose de tecnologías cada vez más eficientes de tratamiento de gases La temperatura es un parámetro que afecta de manera importante el funcionamiento de los motores de combustión interna modernos. En algunas partes del motor se tienen temperaturas mayores de 1000°C (cámara de
combustión), en algunos casos los gases de escape salen a 550°C. En un motor más de la
tercera parte de energía que se le suministra a través del combustible se pierde en forma
de calor. El sistema de enfriamiento es el que se encarga de que los diferentes
componentes del motor se mantengan en temperaturas seguras y así evitar que el motor
sufra desgastes prematuros o daños importantes y lograr con ello su máximo rendimiento.
Algunas partes del motor que se deben enfriar constantemente son:
- Cámara de combustión
- Parte alta del cilindro
- Cabeza del pistón
- Válvulas de escape y de admisión
- Cilindro
Razones para Refrigerar el motor
Durante la combustión, parte de la energía generada no es convertida en energía mecánica y se disipa en forma de calor. Según el diseño del motor alrededor del 33% de la
energía potencial del combustible se transforma en trabajo mecánico, y el resto se transforma en calor que es necesario disipar para evitar comprometer la integridad mecánica del motor.
El sistema no solo debe limitar la temperatura máxima del motor para evitar daños al mismo. También debe mantener la temperatura óptima de funcionamiento que, dependiendo del diseño del motor, se encuentra en el rango de 80 a 100°C. De su buen funcionamiento depende en buena medida el rendimiento térmico del motor.2
Si el motor trabaja por encima de su temperatura óptima, se corre el riesgo de disminuir la viscosidad del aceite y aumentar el desgaste del motor, se produce un recalentamiento de las piezas y una mayor fricción entre estas. También puede producirse detonaciones al encenderse la mezcla combustible antes de tiempo.
Si el motor trabaja por debajo de su temperatura óptima, se aumenta el consumo de aceite y el desgaste de las piezas, ya que éstas están diseñadas para dilatarse por efecto del calor a un tamaño determinado, se reduce la potencia por falta de temperatura para una combustión eficiente, se producen incrustaciones de carbón en válvulas, bujías y pistones.
Objetivo del sistema de enfriamiento
- Reducir la temperatura dentro de rangos seguros de operación para los diferentes
componentes, tanto exteriores como interiores del motor
- Disminuir el desgaste de las partes
- Reducir el calentamiento de los elementos de la máquina que se mueven unos con
respecto a otros
- Mantener una temperatura óptima para obtener el mejor desempeño del motor
Funcionamiento del Sistema de enfriamiento El sistema de enfriamiento mantiene el motor a su temperatura más eficiente, en todas las velocidades y condiciones de operación. Al quemarse el combustible en el motor se produce calor, parte del cual debe ser eliminado antes que dañe las partes del motor. Esta es una de las tres tareas que lleva a cabo el sistema de enfriamiento. También ayuda a poner al motor a la temperatura de operación normal tan rápido como sea posible. La mayor parte de los motores son enfriados por líquido. El motor tiene aberturas o espacios conocidos como camisas de agua, que rodean a los cilindros y a las cámaras de combustión Estos pasajes están fundidos en las cabezas de cilindros y en la mayor parte de los bloques de cilindros. Una bomba de refrigerante impulsada por el motores decir una "bomba de agua" hace circular el refrigerante líquido (una mezcla de agua y de anticongelante) a través de las camisas de agua. El refrigerante absorbe el calor y lo lleva al radiador. El aire que pasa a través del radiador se lleva el calor excedente, lo que impide que se sobrecaliente el motor.
La Necesidad del Sistema de Refrigeración.
Cuando quemamos combustible aprovechamos aproximadamente 30% de su energía para mover el vehículo, generar luz o mover nuestra máquina. Lo demás se convierte en calor:
33% pasa por el caño de escape, 7% al medio ambiente por el contacto con el aire, y 30% va al agua y el aceite para ser absorbido por el sistema de refrigeración.
Para que éste sistema trabaje eficientemente, tiene que estar libre de corrosión, obstáculos, y lodos. Un poco de corrosión restringe la circulación, causa cavitación y evita la transferencia del calor de la combustión al agua.
Refrigeración
Dado que la combustión produce calor, todos los motores deben disponer de algún tipo
de sistema de refrigeración. Algunos motores estacionarios de automóviles, de aviones y
los motores fuera de borda se refrigeran con aire. Los cilindros de los motores que utilizan
este sistema cuentan en el exterior con un conjunto de láminas de metal que emiten el
calor producido dentro del cilindro (difusores de calor).
En otros motores se utiliza refrigeración por agua, lo que implica que los cilindros se
encuentran dentro de una carcasa llena de agua que en los automóviles se hace circular
mediante una bomba. El agua se refrigera al pasar por las láminas de un radiador.
Es importante que el líquido que se usa para enfriar el motor no sea agua común y
corriente porque los motores de combustión trabajan regularmente a temperaturas más
altas que la temperatura de ebullición del agua. Esto provoca una alta presión en el
sistema de enfriamiento dando lugar a fallas en los empaques (tapones) y sellos de agua
(retenes) así como en el radiador. Se usa un refrigerante, pues hierve a una temperatura
más alta que el agua y congela a temperaturas muy bajas.
Otra razón por la cual se debe usar un refrigerante es que éste no produce sarro ni
sedimentos que se adhieran a las paredes internas del motor y del radiador formando una
capa aislante que disminuirá la capacidad de enfriamiento del sistema. En los motores
navales se utiliza agua del mar para la refrigeración.
Refrigerantes
El sistema cuenta con el refrigerante que es la sustancia encargada de transferir el calor
hacia el aire del medio ambiente, y debe tener las siguientes características:
- Mantener el refrigerante en estado líquido evitando su evaporación.
Esto se logra al cambiar el punto de evaporación de la sustancia refrigerante
- Mantener el refrigerante en estado líquido evitando la formación de hielo al bajar la
temperatura ambiente, esto se logra al cambiar el punto de congelación de la
sustancia refrigerante
- Evitar la corrosión
- Tener una gran capacidad para intercambiar calor
El agua es el fluido de enfriamiento básico porque es abundante, barato y fluye con facilidad. Los productos químicos que contiene un buen anticongelante mejoran las propiedades del agua y la convierten en un excelente fluido de enfriamiento. Estas sustancias están diseñadas para reducir la formación de espuma, reducir cavitación y evitar la corrosión. La base de casi todos los anticongelantes es el etilenglicol o el propilenglicol. Casi todos los fabricantes recomiendan una mezcla de 50% de anticongelante y agua (mitad y mitad), en áreas muy frías la mezcla puede ser más concentrada pero el límite es 67% (2/3 de anticongelante y 1/3 de agua)
Los Refrigerantes:
Hay varias opciones de refrigerantes para circular en el sistema:
1. Agua. 2. “Agua verde” (vendida en la mayoría de puestos). 3. Refrigerante/Anticongelante/Anticorrosivo tradicional a base de etilenglicol 4. Refrigerante/Anticongelante/Anticorrosivo a base de etilénglicol y Carboxilatos
2. TIPOS DE SISTEMA
Los sistemas de enfriamiento se clasifican generalmente de acuerdo al tipo de elemento utilizado para enfriar el motor En algunos casos es un líquido y en otros es aire. Ambos elementos presentan características muy particulares. En sistemas que manejan aire como elemento refrigerante, se requieren grandes cantidades de este elemento para enfriar al motor, por lo cual su uso está restringido a motores pequeños (como en el caso de algunas motocicletas) o en condiciones muy específicas. Generalmente el aire es llevado al exterior del cilindro el cual cuenta con una serie de aletas para mejorar la transferencia de calor, en otras ocasiones el aire es utilizado además para enfriar un radiador por el cual circula el aceite lubricante y es éste el que realmente enfría al motor. Enfriamiento por líquido El líquido es movido por una bomba que se acciona desde la polea del cigüeñal, de manera que siempre que este funcione, la bomba hace circular el líquido al sistema, una válvula de control de flujo cuya apertura depende de la temperatura, restringe el flujo de refrigerante en mayor o menor medida de acuerdo a esta, y así garantizar una temperatura adecuada en el agua que sale del motor y con ello su temperatura de trabajo. Esta válvula se conoce como termostato. El refrigerante caliente procedente del motor se hace circular por un intercambiador de calor dotado de múltiples tubos con aletas, conocido como radiador, por el que se hace circular un flujo de aire externo representado con flechas azules para enfriarlo. Una hélice accionada eléctricamente o bien desde el motor a través de un embrague térmico induce el flujo de aire para el funcionamiento del intercambiador de calor. Por último un sensor especial alimenta el indicador al conductor, que puede ser una señal luminosa de alarma o un aparato indicador de la temperatura o ambos. El aparato indicador de la temperatura generalmente es un termómetro de termo resistencia. Como el sistema está completamente lleno con agua y esta se dilata y contrae al calentarse y enfriarse, el sistema está provisto de una válvula de seguridad de presión calibrada, que se abre y cierra por la propia presión.
Al sistema de enfriamiento por líquido lo forman: 1. Radiador 2. Ventilador 3. Bomba de agua 4. Tapón de radiador 5. Mangueras 6. Termostato 7. Tolva 8. Poleas y bandas 9. Depósito recuperador (pulmón) 10. Camisas de agua 11. Intercambiador de calor (de aceite para motores a diesel) 12. Bulbo de temperatura.
Enfriamiento por aire
En la refrigeración por aire el enfriamiento se obtiene mediante el barrido de los cilindros por la corriente de aire efectuada por el desplazamiento de la máquina (motos y aviones), o forzada mecánicamente. Este sistema es muy utilizado en motores de motocicletas, aviación de baja y alta potencia y turismos de escasa potencia, debido a su menor peso, mayor fiabilidad y/o bajo coste.
Las ventajas de este sistema son: casi nulo mantenimiento, seguridad al no tener casi partes móviles ni agua, rápido alcance del equilibrio térmico, menor peso, y menor costo.
Las desventajas son: motor ruidoso, regulación delicada, y absorción de energía por la turbina.
Al sistema de enfriamiento por aire lo forman: 1. Ventilador (también llamado turbina) 2. Mangueras
3. Termostato 4. Poleas y bandas 5. Aletas en el cilindro 6. Bulbo de temperatura 7. Radiador de aceite 8. Tolva Circuito del sistema de enfriamiento por aire en el motor Una hélice radial movida desde el cigüeñal del motor a través de una correa, está ubicada dentro de un cuerpo de forma adecuada para dirigir el flujo de aire hacia la camisa del cilindro que es la parte a refrigerar. El diámetro de la hélice así como la relación de transmisión entre las poleas están bien elaborados para garantizar la cantidad de aire necesario. La camisa del cilindro está dotada de aletas para aumentar la superficie de transferencia de calor con el aire y así mejorar el enfriamiento. Un termostato, que puede ser mecánico o electro-mecánico, regula la apertura de la compuerta de salida de acuerdo a la temperatura del aire procedente de la camisa para mantener el motor a la temperatura óptima. Este mecanismo es en cierto modo auto compensado, ya que a medida que crece la velocidad del motor y se producen más ciclos de combustión, automáticamente se genera más aire de enfriamiento debido al propio aumento de la velocidad de rotación de la hélice que está acoplada al cigüeñal. En la mayor parte de las aplicaciones la correa que mueve la hélice también mueve otros agregados del motor como el alternador, el fallo de la correa puede encender una alarma luminosa al conductor en caso de fallo debido a la falta de servicio de alguno de los otros agregados, y por lo tanto, en ocasiones el indicador de temperatura del motor no existe en el tablero.
3. Componentes del sistema
La vida del motor depende de la funcionalidad de todos los componentes del sistema al 100% de su capacidad. No podemos anular partes del sistema y esperar los mismos resultados.
El Radiador
Situado generalmente en la parte delantera del vehículo, de forma que reciba directamente el paso de aire a través de sus paneles y aletas refrigerantes durante el desplazamiento del mismo y donde se enfría el agua procedente del motor.
Este elemento está formado por dos depósitos, uno superior y otro inferior, unidos entre sí por una serie de tubos finos rodeados por numerosas aletas de refrigeración, o por una serie de paletas en forma de nidos de abeja que aumentan la superficie radiante de calor. Tanto los tubos y aletas como los paneles se fabrican en aleación ligera generalmente de latón, facilitando, con su mayor conductibilidad térmica, la rápida evacuación de calor a la atmósfera.
La Tapa del radiador
Es un componente crítico para el funcionamiento del sistema. Si su resorte esta dañado, la goma gastada ó seca, no mantiene la presión necesaria para evitar la ebullición.
El depósito de expansión Muchos sistemas utilizan un depósito para recibir el exceso refrigerante generado por la expansión del mismo, permitiendo su retorno al radiador cuando el sistema se enfría. Cuando el sistema no cuenta con éste elemento, requiere un colchón de aire en la parte superior del radiador para comprimirse en el calor, absorbiendo la diferencia de volumen
La Bomba de agua
Se halla instalada en el bloque del motor y es movida directamente por la polea del cigüeñal, a través de una transmisión por correa trapezoidal. Dicha bomba aspira el agua del radiador y la hace circular por el interior del bloque y la culata para refrigerar los cilindros y la cámara de combustión.
La bomba de agua gira con la misma velocidad que el motor, por un engranaje o polea. El exceso de agua empujado vuelve directamente al radiador. Cuando la bomba sufre de cavitación, corrosión o abrasión, pierde eficiencia. Evitaremos estos daños si aplicamos un buen refrigerante en el sistema y facilitaremos la circulación del agua. En esta foto podemos ver la cavitación causada por el movimiento del agua por las aletas de la bomba al no ser protegida con un buen refrigerante.
El Termostato
Tal como un atleta que tiene que calentarse antes de correr, el termostato funciona para calentar el motor antes de trabajar y lo mantiene a la temperatura óptima para su trabajo. Así el termostato es el controlador de la temperatura.
Cuando la temperatura del motor se acerca a la temperatura nominal del termostato (normalmente 80ºC), este empieza a abrirse, dejando pasar un poco de agua para mezclarse con el agua caliente e iniciar el proceso de refrigeración. Cuando el motor se calienta totalmente, el termostato se abre a plenitud, controlando la velocidad de circulación del agua.
El termostato de 80ºC normalmente empieza ha abrirse a 80ºC y queda totalmente abierto después de los 93ºC. Esto garantiza que el motor trabaje en su rango de temperatura ideal.
El ventilador Adosado generalmente a la polea de la bomba, que activa el paso de aire a través del radiador. El rotor tiene cuatro o seis aspas inclinadas convenientemente para la aspiración del aire y está fabricado en chapa o plástico duro. En muchos diseños el ventilador es movido por un motor eléctrico. Éste motor es comandando por un termostato que se encuentra en el bloque de cilindro o en la culata en contacto con el agua, de tal manera que al alcanzar ésta un temperatura determinada, cierra el circuito eléctrico poniendo en marcha el motor y el ventilado Las Mangueras.- Las mangueras forman una parte importante en el sistema. Por falla de una manguera se puede perder todo el refrigerante y posiblemente fundir el motor. La manguera de salida del radiador es reforzada para resistir la succión creada por la bomba.
4. Principales problemas del sistema Los motores de combustión interna están diseñados para operar eficientemente por un
largo tiempo mientras se mantenga la temperatura interna entre 82o
C y 100o
C.
Si operamos con la temperatura por encima de este rango:
1. Corremos el riesgo de reducir la viscosidad del aceite, disminuyendo la protección al desgaste.
2. Provocamos incremento de fricción entre las piezas móviles.
3. Incrementamos el calentamiento de las piezas.
4. Causamos tecleo por encender el combustible en el cilindro antes de tiempo.
Si operamos con una temperatura por debajo de este rango:
1. Aumentamos el consumo de combustible porque el sistema ajusta la mezcla para la temperatura del motor.
2. Acumulamos agua en el aceite como residuo de la combustión, causando corrosión, herrumbre, formación de lodos, taponamiento del filtro de aceite y por ende la circulación de aceite “sucio” por el motor.
3. Aumentamos el consumo de aceite y desgaste de piezas porque ellas están diseñadas para expandir hasta su tamaño y tolerancia normal cuando están en el rango correcto de temperatura.
4. Reducimos la potencia del motor por la pérdida de compresión (punto 3) y la falta de temperatura para una combustión eficiente.
5. Causamos herrumbre en el sistema de escape por la falta de evaporación del agua residual de la combustión.
6. Causamos depósitos de nitración, carbón y barniz en las válvulas, bujías y pistones.
Efectos de la altitud (sobre el nivel del mar) en el refrigerante y el sistema.
El punto de ebullición del agua varía en diferentes partes del país de acuerdo a la altitud, encontrándose entre 85ºC a 99ºC. Si no mantenemos el sistema trabajando como fue diseñado, tendremos problemas de pérdida de agua y sobrecalentamiento del motor.
El sistema de refrigeración está diseñado para operar presurizado a 15 psi (1 bar). Esta presión está determinada por el diseño de la tapa del radiador. La tapa correcta sube la temperatura de ebullición del agua 16.7ºC, compensando por una parte la eficiencia que perdemos por estar sobre el nivel del mar.
La tapa tiene que sellar bien contra el cuello del radiador y mantener la presión correcta.
Los sistemas de enfriamiento modernos están diseñados para mantener una temperatura homogénea entre 82° y 113°C. Un sistema que no cumpla los requisitos que se exigen puede producir los siguientes efectos:
- Desgaste prematuro de partes por sobrecalentamiento, en especial en el pistón con
la pared del cilindro
- Preignición y detonación
- Daño a componentes del motor o accesorios (radiador, bomba de agua, cabeza del
motor, monoblock, bielas, cilindros, etc.)
- Corrosión de partes internas del motor
- Evaporación del lubricante
- Formación de películas indeseables sobre elementos que transfieren calor como los
ductos del radiador
- Sobreconsumo de combustible
5. Mejoras e innovaciones Gestión Térmica Inteligente
Los desarrollos futuros van encaminados a conseguir una regulación optimizada de los diferentes flujos de calor y materiales existentes en el sistema. La gestión térmica va más allá de la técnica del sistema de refrigeración, ya que tiene en cuenta todos los flujos de calor y materiales existentes en el vehículo, es decir, teniendo en cuenta, además de los elementos del sistema de refrigeración, los del sistema de climatización. Los objetivos de la optimización buscan: o Reducir el consumo de combustible y las emisiones de materiales nocivos o Aumentar el confort climático dentro del vehículo o Aumentar la duración de los componentes o Mejorar la potencia refrigeradora en estados de carga parcial. Uno de los puntos de partida de la gestión térmica es la realidad de que las energías auxiliares para el funcionamiento del sistema de refrigeración representan siempre una pérdida para el consumo de energía del vehículo y que la capacidad de rendimiento de los componentes con una alimentación de energía auxiliar no se puede aumentar a voluntad. Por ello, y para alcanzar los objetivos de optimización, se dota al sistema de refrigeración de “inteligencia” en forma de actuadores, así como de sistemas de regulación controlados por microprocesadores para mejorar el funcionamiento de dichos actuadores. (Ejemplo: Cortinas de aire de refrigeración y ventiladores regulables). Refrigeración de alto rendimiento Los motores de competición utilizan sistemas de refrigeración de alta presión. Esto significa que utilizan tapas de radiador especiales de 22 a 26 libras por pulgada. Esta presión inhibe la ebullición y aumenta la temperatura de funcionamiento lo cual trae consigo un mejor aprovechamiento del calor para generar potencia. Refrigeración en aeronaves
Un motor de aeronave tiene una forma de calentar el motor, el cual trata de convertir la energía
térmica en energía mecánica. Pero esto es una conversión ineficiente, ya que solo se cambia un
tercio de la energía de la usada para potencia.
Alrededor de la mitad de este calor es llevado al escape y mucho del resto es absorbida por el
aceite o por el metal del motor y es transferido dentro del aire a través del sistema de
enfriamiento.
Muchos de los motores de aeronaves rápidas fueron adaptados en motores de automóviles y son
enfriados por agua que pasa a través de las cubiertas alrededor de los cilindros para absorber el
calor desde las paredes de los cilindros y las cabezas de cilindros.
El calor del agua es llevado fuera del motor dentro del radiador donde pasa aire a través de los
absorbedores de calor.
Los motores enfriados por agua han estado desde el inicio del automóvil, pero desde que las
aeronaves operan a altitudes donde la presión del aire es baja, el agua comienza a hervir a baja
temperatura y como el sistema debe estar sellado para mantener el agua bajo presión, esto
provoca que este peso vibre, teniendo fugas y fallas de vuelo el sistema ya que el agua va
presurizada,
El agua cede el calor trasportado por medio de radiadores, los cuales hay de distintas formas.
Algunas aeronaves tienen radiadores en la parte frontal del motor en donde el paso de la hélice
refresca el corazón del radiador por el aire que pasa a través del sistema . Mientras otros tienen el
radiador montado en la parte baja del motor o en una cabina cerca de la sección central de las
alas. Y algunas aeronaves de alta velocidad usan radiadores superficiales en el cual el enfriamiento
del agua pasa entre el espesor de la hoja de latón que fue instalado alrededor de las superficies de
las alas.
Muchas de los problemas del enfriamiento por líquidos fue resuelto al sustituir el glicólico etileno
por agua, que es alcohol líquido grueso que tiene un bajo punto de congelación y un alto punto de
calentamiento, requiere de muy poco volumen que el sistema de agua y puede remover una
cantidad equivalente de calor.
La transferencia de calor desde el interior del motor a un líquido enfriador es llevado a un
radiador externo donde el calor puede ser transferido con el aire, algunos motores para motores
de aeronaves rápidas, colocaron aletas sobre el exterior de los barriles de cilindros y sus cabezas.
El aire fluye alrededor de las aletas absorbiendo el calor, enfriando efectivamente el cilindro.
Los motores radiales mandaban naturalmente el aire por los cilindros, estando expuestos al flujo
de aire, siendo el motor más eficiente Wright J5-C.
El enfriamiento por aire resulto ser eficiente, pero las aeronaves eran castigadas por el incremento
de arrastre, cayendo la velocidad de las aeronaves a 120 millas por hora. Algunos métodos de
reducción de arrastre encerraban las cabezas de los cilindros en una cobertura aerodinámica,
minimizando el arrastre causado por el aire turbulento alrededor de las cabezas de cilindro.
Tanto la velocidad y el incremento de potencia demandaban la necesidad de un enfriamiento más
eficiente con menos arrastre de aire. Fue hasta 1930 cuando NACA trajo una cobertura
aerodinámica en los motores radiales, que cubrían completamente todas las porciones del motor
y los sellos deflectores del área entre las cabezas de los cilindros y todo el espacio entre cilindros.
Los deflectores intercilindricos cubre la parte trasera de los cilindros, además que el aire fluye a
través de las aletas, forzándolo a fluir dentro del área del centro de los cilindros. Un área que es
insuficientemente enfriada en instalaciones sin deflectores. Este provee el efecto enfriante y bajo
arrastre para motores radiales.
Siempre en los renglones dos y cuatro de los motores radiales son enfriados por presión de aire,
gracias a los deflectores. Para controlar la cantidad de enfriamiento, una cubierta o capote
medidor de fluido es instalada en la parte de atrás de la cubierta. Cuando estos flaps se abren, el
flujo de aire pasa entre ellos creando una baja presión detrás de los cilindros que incrementan la
caída de presión que cruza los cilindros, en donde cada posición se incrementa el flojo de aire a
través de las aletas.
Cuando la velocidad del aire es alta y la necesidad de enfriamiento es disminuida, la cubierta de
los flaps puede ser cerrada para disminuir el flujo a través de los cilindros y la instalación del motor
aerodinámicamente.
La presión de enfriamiento es usada, no solo en motores radiales, sino también para motores en
línea y motores horizontalmente opuesto. La cubierta para motores en línea trae aire en una de
las partes del motor y pase a través de las aletas de los cilindros donde esto es mantenido por los
deflectores intercilindricos. Además este arrastre dentro de área de baja presión es creada por la
cubierta de los flaps sobre los lugares opuestos del motor
El motor Horizontalmente opuesto hace efectivo el uso de presión de enfriamiento a través de
abrir la cubierta. Aquí el aire de impacto presuriza el área bajo el motor, y además este fluye a
través de los cilindros por el espacio debajo del motor y afuera a través de la cubierta de los flaps
en la parte posterior de la cubierta baja. Las aeronaves pequeñas pueden no tener cubiertas en
los flaps, tienen un borde sobre la cubierta baja que crea una caída de presión para asistir el flujo
de aire a través de los cilindros
El defllector intercilindrico y el deflector vertical posterior son de plastico, goma o banda de cuero
que proveen un sello de aire entre los deflectores y la cubierta, previendo perdida de aire en áreas
críticas, siendo esto vital cuando se instala la cubierta, esto tiene atención especial para ese sello
para asegurar que ellos estén en buena condición y que ellos tomen los limites de manual de
servicio.
El tubo aumentador es usado en algunas aeronaves para aumentar o incrementar el flujo de aire a
través de los cilindros en cada lado, fluye a través de un colector de descarga dentro del tubo
interior aumentador. Este flujo de alta velocidad crea el gas bajo presión y arrastra aire desde
arriba del motor por las aletas de los cilindros
SISTEMA DE INDUCCION
ASPIRACION NATURAL
UN MOTOR ALTERNATIVO TIENE UNA ASPIRACION DE AIRE, EL CUAL SIGNIFICA QUE ELLOS DEBEN
TOMAR UNA CANTIDAD SUFICIENTE DE AIRE PARA COMBINAR CON EL COMBUSTIBLE PARA
CALENTAR Y CONVERTIR LA MEZCLA QUE AL QUEMARLA LIBERA ENERGIA EN FORMA DE CALOR
PARA CONVERTIRLA EN TRABAJO MECANICO. UN SISTEMA DE INDUCCION PERMITE PROVEER LA
CANTIDAD DE AIRE PARA SER INTRODUCIDO AL MOTOR.
UN MOTOR EQUIPADO CON UN CARBURADOR TIENE EL PROBLEMA POR CONGELAMIENTO. EL
COMBUSTIBLE ES ASPIRADO DENTRO DEL AIRE EN LA NARIZ PRINCIPAL DE DESCARGA, EN FORMA
DE LIQUIDO ATOMIZADO, ENTRANDO COMO VAPOR, POR LO QUE ABSORBE EL CALOR DEL AIRE.
ESTA PERDIDA DE CALOR BAJA LA TEMPERATURA BASTANTE, AL GRADO QUE EL AGUA
CONTENIDA EN EL AIRE SE EMPIEZA A CONDENSAR. AL ENFRIARSE EL AGUA SE CONGELA,
RESTRINGIENDO EL FLUJO DE AIRE DENTRO DEL MOTOR.
PARA PREVENIR LA FORMACION DE HIELO EN EL CARBURADOR LA FAA REQUIERE QUE CADA
SISTEMA DE INDUCCION DE UN MOTOR ALTERNATIVO DEBE PREVENIR Y ELIMINAR EL HIELO, A NO
SER QUE ESTO SE HAGA POR OTRO MEDIO; DEBE MOSTRAR QUE EL AIRE DEBE ESTAR A 30 ºF.
CADA AEROPLANO CON UN MOTOR A NIVEL DEL MAR QUE USA UN VENTURI CONVENCIONAL,
PUEDE SER PRECALENTADO ALCANZANDO UNA TEMPERATURA DE 90ºF CON UN MOTOR AL 75%
DE POTENCIA CONTUNIA MAXIMA. CADA AEROPLANO CON UN MOTOR A CIERTA ALTITUD QUE
USA UN VENTURI CONVENCIONAL DEBE TENER UN PRECALENTAMIENTO QUE PUEDE ALCANZAR
UNA TEMPERATURA DE 120ºF CON EL MOTOR AL 75% DE POTENCIA.
EL AIRE SE TOMA DE LA PARTE FRONTAL DE LA CUBIERTA; DONDE PUEDE TOMAR VENTAJA DEL
EFECTO DE IMPACTO DEL AIRE DURANTE UN VUELO NORMAL PARA PROVEER UN PEQUEÑO
INCREMENTO EN LA CANTIDAD DE AIRE QUE ENTRA EN EL MOTOR.ESTE AIRE PASA A TRAVES DE
UN FILTRO Y ENTRA AL CARBURADOR. CUANDO ES NECESARIO CALENTAR EL AIRE, HAY UNA
VALVULA QUE INCIDE EN EL CARBURADOR QUE TOMA PARTE DE LOS GASES DEL SISTEMA DE
ESCAPE PARA SUBIR LA TEMPERATURA DEL AIRE ENTRANTE. SIN EMBARGO ESTE AIRE QUE SE
PRECALIENTA CON LOS GASES DE ESCAPE NO ESTA FILTRADO, LO QUE IMPIDE USAR EL
PRECALENTAMIENTO DEL AIRE EN TIERRA, ESPECIALMENTE CUANDO ESTA EN LUGARES
ARENOSOS O POLVOSOS.
EL MOTOR EQUIPADO CON EL SISTEMA DE INYECCION O CON CARBURADOR A PRESION QUE NO
ES SUCEPTIBLE ALTAMENTE AL HIELO, PUEDE USAR AIRE QUE HA SIDO PRECALENTADO AL PASAR
A TRAVES DE LAS ALETAS DE ENFRIAMIENTO EN LUGAR DE PASAR ALREDEDOR DEL ESCAPE. ES
DECIR UN SISTEMA ALTERNO.
QUE CUANDO LA VALVULA DE AIRE ALTERNO ESTA EN LA POSICIÓN DE FRIO, UNA VALVULA DE
MARIPOSA PERMITE QUE EL AIRE FLUYA A TRAVES DE UNA APERTURA EN LA DESCARGA DE
ENFRIAMIENTO FILTRANDO EL AIRE DENTRO DEL CARBURADOR. MOVIENDO LA VALVULA DE AIRE
ALTERNO EN LA CABINA PARA LA POSICION DE CERRADO, LA VALVULA DE MARIPOSA CIERRA EL
FLUJO DE AIRE A TRAVES DEL FILTRO. LA BAJA PRESION CAUSADA POR EL MOVIMIENTO DEL
PISTON ABRE LA PUERTA DEL AIRE ALTERNO JALADO POR UNOS RESORTES Y EL AIRE QUE A
PASADO POR LA ALETAS DE ENFRIAMIENTO ES TOMADO EN EL CARBURADOR.ESTE RESORTE DE LA
PUERTA TAMBIEN ABRE SI LA AERONAVE VUELA EN UNA LLUVIA FRESCA Y EL AIRE FILTRA EL HIELO
SUFICIENTEMENTE PARA EL CIERRE DEL FLUJO DENTRO DEL MOTOR. ADEMAS QUE EL MOTOR
ESTA HAMBRIENTO DE AIRE, LA PUERTA AUTOMATICAMENTE ABRIRA Y PERMITIRA UN AIRE
CALIDO QUE SERA MENEJADO DENTRO DEL CARBURADOR.
ALGUNAS AERONAVES SON EQUIPADA CON MEDICION DE TEMPERATURA DE AIRE PARA AVISAR
AL PILOTO DE DAÑOS POR LA FORMACION DE HIELO EN EL CARBURADOR O DE IGUAL FORMA
SERIOS PROBLEMAS EN LA TEMPERATURA DEL AIRE DE ENTRADA.
LA TEMPERATURA CORRIENTE ARRIBA EN LA ENTRADA DE AIRE DEL CARBURADOR. EL HIELO ES
MAS PROPENSO A OCURRIR CORRIENTE ABAJO EN LA NARIZ DE DESCARGA DEL COMBUSTIBLE, Y
ADEMAS LA MEDICION DE LA TEMPERATURS POR LA SONDA NO ES LA TEMPERATURA ACTUAL DE
LA PARTE MAS VITAL DEL SISTEMA DE INDUCCION. PERO LA FABRICACION DE LA AERONAVE HA
SIDO DETERMINADA POR LA PRUEBA DE VUELO RELACIONADA ENTRE EL INDICADOR DE
TEMPERATURA DEL AIRE DEL CARBURADOR Y LA ACTUAL TEMPERATURA QUE SE DESCARGA EN LA
NARIZ, Y LA TEMPERATURA LIMITE ESTA PARA AVISAR AL PILOTO DE UNA TEMPERATURA DE
ENTRADA DE AIRE QUE PERMITIRA LA FORMACION DE AIRE. LA MEDICION DE LA TEMPERATURA
ESTA USUALMENTE MARCADA CON UN AREA DE PELIGRO DE BAJA TEMPERATURA QUE PUEDE
INDICAR UNA FORMACION DE HIELO TAMBIEN COMO UNA AREA DE ALTA TEMPERATURA QUE
AVISA DE UNA POSIBILIDAD DE DETONACION.
ALGUNSO MOTORES ALTERNATIVOS LARGOS TIENEN SUPLEMENTOS PARA CALENTAR EL
CARBURADOR O UN SISTEMA DE AIRE ALTERNO CON UN SISTEMA DE DESHIELO DE ALCOHOL, QUE
PERMITE AL PILOTO ROCIAR ALCOHOL EN LA ENTRADA DEL CARBURADOR PARA REMOVER EL
HIELO.
LOS MOTORES RADIALES TIENEN UNA VENTAJA SOBRE LOS MOTORES OPUESTOS EN SUS
SISTEMAS DE INDUCCION, YA QUE MUCHOS DE ELLOS TIENEN UNA SECCION DE DIFUSOR EN EL
CENTRO DEL MOTOR DENTRO DEL CUAL EL CARBURADOR DESCARGA LA MEZCLA AIRE-
COMBUSTIBLE. EL DUCTO DE INDUCCION ALIMENTA UNIFORMEMENTE LA MEZCLA DESDE ESTA
SECCION POR LA VALVULA DE ENTRADA DE CADA UNO DE LOS CILINDROS. PARA ASEGURAR UNA
COMPLETA VAPORIZACION DE COMBUSTIBLE, ALGUNOS DE ESTOS MOTORES RUTAN UNA PARTE
DE LOS GASES DE ESCAPE A TRAVES DE LOS TUBOS DE ACERO QUE PASAN POR LA SECCION DEL
DIFUSOR, JUSTO DEBAJO DEL CARBURADOR.
UN MOTOR OPUESTO HORIZONTALMENTE TIENE AL CARBURADOR MONTADO SOBRE EL
COLECTOR DE ACEITE Y LOS TUBOS DE INDUCCION PASAN A TRAVES DEL ACEITE. ESTO SIRVE
COMO DOBLE FUNCION; PARA ENFRIAR EL ACEITE Y AL MISMO TIEMPO CALENTAR EL AIRE DE
ENTRADA SIN DAÑAR ALGUN PUNTO QUE PROVOQUE DETONACION. EL CARBURADOR, CUANDO
ESTA MONTADO EN ESTA POSICION, ESTA LOCALIZADO CENTRALMENTE Y ESTO PUEDE PROVEER
UNA MEZCLA DE AIRE-COMBUSTIBLE PARA TODOS LOS CILINDROS.
FILTROS
LA ARENA QUE SE INTRODUCE EN EL MOTOR ACTUA COMO ABRASIVO Y VESTIRA LAS PAREDES DE
LOS CILINDROS Y ANILLOS DEL PISTON.
LA ARENA FORMARA UN CONTAMINANTE DE SILICATO DE PLOMO EN LA COBERTURA DE LA NARIZ
DE LA BUJIA AISLADA QUE ES EXTREMADAMENTE DIFICIL DE REMOVER Y ES CONDUCTIVA
CUANDO ESTA CALIENTE. ESTE CONTAMINANTE PUEDE HACER INTERRUPCIONES DE BUJIA.
MUCHOS DE LOS FILTROS DE AIRE ESTAN HECHOS DE UNA MALLA DE ALAMBRE; LA CUAL ESTA
HECHA CON UN MATERIAL FIBROSO LLAMADO BANDA, DE PAPEL O DE UN MATERIAL ACUOSO.
SUPERCARGADOR
NATRUALMENTE O NORMALMENTE UN MOTOR ASPIRADO ES CUANDO LOS CILINDROS SON
LLENADOS CON AIRE FORZADO DENTRO DE ELLOS POR PRESION ATMOSFERICA. LAS TOMAS DE
LAS VALVULAS ABREN CUANDO EL PISTON SE MUEVE HACIA ABAJO Y LOS GASES DE ESCAPE HAN
SALIDO; LLENANDO EL CILINDRO PARA EMPEZAR LA CARRERA DE COMPRESION.
LA EFICIENCIA VOLUMETRICA, ES LA RELACION ENTRE EL VOLUMEN DE CARGA DE MEZCLA AIRE-
COMBUSTIBLE EN EL CILINDRO Y EL VOLUMEN DEL CILINDRO; EL CUAL NUNCA ALCANZARA EL
100%. Y, POR FACTORES COMO EL COORDINACION DE VALVULAS, EL USO DEL CALENTAMIENTO
DEL CARBURADOR, LA BAJA DENSIDAD DEL AIRE, HACE MAS DIFICIL LA CANTIDAD DE OXIGENO.
AL OBSERVAR LA CURVA DE POTENCIA QUE ILUSTRA LA POTENCIA AL FRENO CON UN MOTOR
NATURALMENTE ASPIRADO DECRECE, CUANDO LA DENSIDAD SE INCREMENTA CON LA ALTITUD.
COMO EL AIRE LLEGA HACER MENOS DENSO HAY MEOR CANTIDAD DE OXIGENO PARA COMBINAR
CON EL COMBUSTIBLE. LA MAXIMA POTENCIA SE OBTIENE CUANDO LOS CILINDROS CAPTAN
MAYOR CANTIDAD DE AIRE.
ALGUNOS MOTORES ESTAN DISEÑADOS CON UN COMPRESOR DE AIRE PARA COMPRIMIR LA
MEZCLA AIRE-COMBUSTIBLE, DESPUES DE SALIR DEL CARBURADOR Y ANTES DE ENTRAR EN LAS
TOMAS DE LOS CILINDROS. LLAMANDO A ESTE COMPRESOR RUPERCARGADOR, QUE AUMENTA LA
POTENCIA EN EL MOTOR.
ALGUNOS MOTORES RADIALES USADOS EN LA SEGUNDA GUERRA MUNDIAL TENIAN DOS
SUPERGARGADORES QUE USABAN UN CUTCH O EMBRAGUE OPERADO POR ACEITE PARA
MANEJARLOS A TRAVES DE CUALQUIER RELACION DE POTENCIA.
EL DESPEGUE SE HACE CON EL SUPERCARGADOR EN BAJA RELACION DE COMPRESION Y EL
MOTOR ACTUA EN LA MISMA MANERA QUE CON SOBREALIMENTADOR DE TIERRA. LA POTENCIA
CAERA CON LA ALTITUD YA QUE ESTE COMPRESOR TOMA SU ENERGIA DEL CIGÜEÑAL.
TURBOCARGADOR.
EN ESTE SISTEMA SIMPLE, LA VELOCIDAD DE LA TURBINA, LA VELOCIDAD DEL COMPRESOR Y LA
CANTIDAD DE AIRE COMPRIMIDO, ESTAN EN FUNCION DE LA VALVULA REGULADORA. POR LO
QUE ES MUY FACIL OBTENER UN EXCESO DE PRESION DE ADMISION, LA CUAL CAUSARA
DETONACION. EL OBTENER ESTE EXCESO DE PRESION HACE QUE EL MOTOR ESTE
SOBRECARGADO.
EL SISTEMA PUEDE SER DISEÑADO BAJO CONDICIONES ESTANDAR DE TURBINA, NO
SOBRECARGANDO AL MOTOR RAPIDAMENTE, PERO ESTAS CONDICIONES NO EXISTEN EN VUELO.
ESTA LIMITACION SE SUPERA POR EL USO DE UNA COMPUESTA DE RESIDUOS DE GASES
CONTROLABLE. CUANDO LA COMPUERTA ES ABIERTA TODOS LOS GASES DE ESCAPE SALEN
AFUERA DE LOS TUBOS SIN PASAR POR EL TURBOCARGADOR, Y CUANDO ESTA CERRADA. TODOS
LOS GASES DE ESCAPE DEBEN PASAR A TRAVES DE LA TURBINA POR EL TUBO DE OLA. LA
DIFERENCIA ENTRE VARIOS SISTEMAS DE TURBOCARGADOR ES COMO SE CONTROLA LA VALVULA
DE GASES RESIDUAL.
UNO DE LOS SITEMAS MAS SIMPLES PARA CONTROLAR EL USO DE UN TURBOCARGADOR, ES USAR
UNA PALANCA MANUAL ENTRE LA VALVULA REGULADORA Y LA VALVULA DE RESIDUO DE GASES
DE ESCAPE. PARA DESPEGUE A BAJA DENSIDAD, LA VALVULA AVANZA A LA POSICION DE
DESPEGUE Y EL MOTOR AL DESARROLLAR POTENCIA DE DESPEGUE CON LA VALVULA DE GASES
RESIDUALES COMPLETAMIENTE ABIERTA, LA POTENCIA DEL MOTOR CAERA. ADEMAS LA VALVULA
AVANZARA MAS ALLA DE LA POSICION DE DESPEGUE, Y EL MOMENTO ADICIONAL DE LA
MARIPOSA LLEGARA A CERRAR LA VALVULA DE LOS GASES RESIDUALES, LA PRESION DE ADMISION
ENTRANTE PRODUCIRA LA RELACION DE CABALLOS DE POTENCIA NECESARIA. CUANDO LA
MARIPOSA ESTA RETARDADA, LA VALVULA DE RESIDUOS SE ABRE Y EL CONSUMO DE
COMBUSTIBLE ES MENOR. ALGUNOAS INSTALACIONES USAN ESTE SIMPLE SISTEMA CON DOS
CONTROLES EL DE LA VALVULA DEL MOTOR Y EL DE LOS GASES RESIDUALES.
OTRO SISTMEA USA UN AJUSTADOR DE VALVULAS DE GASES RESIDUALES Y VALVULA DE ALIVIO
DE PRESION. ESTE SISTEMA ES USADO SOLO EN ALGUNAS AERONAVES PARA SIMPLE OPERACIÓN
DONDE LA VALVULA ES AJUSTABLE POR MEDIO DE UN TORNILLO ROSCADO ADHERIBLE DE LA
POSICION DE LOS GASES DE ESCAPE QUE PASAN POR EL TURBOCARGADOR. REGULANDO ESTE
TORNILLO HACIA AFUERA O HACIA ADENTRO SE DETERMINA LA CANTIDAD DE GASES QUE SON
FORZADOS A FLUIR A TRAVES DEL TURBOCARGADOR DETERMINANDO LA CANTIDAD DE AIRE QUE
ENTRA AL CARBURADOR POR EL COMPRESOR.
LA VALVULA DE RESIDUO DE GASES ES AJUSTADA PARA PRODUCIR LOS HP BAJO NIVEL DEL MAR,
CUANDO ESTA TOTALMENTE ABIERTA. COMO LA AERONAVE SUBE A CIERTA ALTITUD Y LA
DENSIDAD DEL AIRE DECRECE, LA PRESION DE ENTRADA TAMBIEN DECRECE.
EN EL DESPEGUE CUANDO EL AIRE SALE A BAJA TEMPERATURA QUE ES LA ESTANDAR EL PILOTO
MONITOREA LA PRESION PARA PREVENIR UNA SOBREPRESION PERO PARA PROTEGER AL
MOTOR, EL SISTEMA DE INDUCCION ESTA EQUIPADO CON UNA VALVULA DE PRESION DE ALIVIO.
ESTA VALVULA LLEGARA A UN ASIENTO ALREDEDOR DE UNA PULGADA CUADRADA DE PRESION
DE ADMISION DEBAJO DEL MAXIMO PERMITIDO, Y PARA EL TIEMPO MAXIMO PERMITIBLE PARA
LA PRESION DE ADMISION, LA VALVULA ESTA APAGADA EN SU ASIENTO LO SUFICIENTE PARA
SACAR TODA LA PRESION EN EL EXCESO DEL MAXIMO PERMITIDO.
UNA VALVULA DE RESIDUOS DE GASES ES ABIERTA PARA UN ROCIADO Y CERRADA POR EL MOTOR
ACTUANDO SOBRE LA PRESION DEL ACEITE DEL PISTON CONTROLANDO EL FLUJO DE LOS GASES.
CUANDO LA VALVULA ESTA TOTALMENTE ABIERTA, TODOS LOS GASES DE ESCAPE FLUYEN HACIA
AFUERA SIN PASAR ATRAVES DEL TURBO CARGADOR.
EL ACEITE FLUYE A TRAVES DEL SISTEMA DE LUBRICACION DEL MOTOR DENTRO DE LOS CILINDROS
DEL ACTUADOR DE LA VALVULA DE RESIDUOS DEL TUBO CAPILAR DEL RESTRICTOR Y SALIDA DEL
ACTUADOR, ADEMAS DENTRO DEL COLECTOR DEL ACEITE. HAY UN RESTRICTOR VARIABLE EN LA
LINEA DE RETORNO DE ACEITE DESDE LAS VALVULAS DE GASES RESIDUALES, Y EL TAMAÑO DE SU
ORIFICIO ES DETERMINADO POR LA PRESION DE MANDO ELEVADO, EL CUAL ES LA PRESION DE
DESCARGA DEL TURBOCARGADOR. CUANDO EL MOTOR ES PRENDIDO Y ESTA EN MARCHA LENTA,
LA VALVULA ESTA CERRADA Y LA PRESION DE ENTRADA ES BAJA, LA VALVULA SE CIERRA. EL
RESORTE DENTRO DEL ACTUADOR DE LA VALVULA DE RESIDUO MANTIENE ABIERTA LA VALVULA,
PERO COMO EL ACEITE FLUYE DENTRO DEL ACTUADOR DEL CILINDRO, LA PRESION AUMENTA Y
LAS FUEZAS DEL PISTON ENCIMAN OTRA VEZ EL RSORTE. ESTO CIERRA LA VALVULA DE LOS GASES
DE ESCAPE, ADEMAS QUE LOS GASES DE ESCAPE FLUYEN DE LA TURBINA PARA HACER GIRAR AL
COMPRESOR.
SISTEMA DE ENCENDIDO
El motor de pistón transforma la energía contenida en el combustible en energía mecánica, gracias a la explosión violenta de la mezcla de aire-combustible en los cilindros. Esta explosión, se produce gracias a una chispa que salta en las bujías en el momento adecuado (ciclo de explosión). La función del sistema de encendido consiste en generar la energía que hace saltar esa chispa.
Los sistemas de encendido se clasifican en sistemas de magneto y sistemas de batería y bobina. El encendido por magneto suele ser utilizado en motores aeronáuticos mientras que el encendido por batería y bobina es clásico en motores de automóvil, aunque en estos últimos está siendo desplazado por el encendido electrónico. Aunque el funcionamiento de ambos sistemas es similar en sus principios básicos, la magneto es autosuficiente y requiere solo de las bujías y los cables conductores mientras que el sistema de batería y bobina requiere además otros componentes.
En la mayoría de los motores de los aviones se utiliza el sistema de encendido por magnetos, debido a que:
Este sistema es autónomo, es decir no depende de ninguna fuente externa de energía, tal como el sistema eléctrico (batería, generador...). Esta autonomía posibilita que aunque el sistema eléctrico del avión sufra alguna avería en vuelo, el motor funcione con normalidad pues las magnetos continúan proveyendo la energía necesaria para la ignición.
Las magnetos generan una chispa más caliente a mayores velocidades del motor que la generada por el sistema de batería y bobina de los automóviles.
El sistema de encendido de los motores aeronáuticos se compone de magnetos, bujías, y los cables de conexión entre estos elementos. De forma simplificada el funcionamiento del
sistema es como sigue: las magnetos generan una corriente eléctrica, la cual es encaminada a las bujías adecuadas a través de los cables de conexión. Como es comprensible, el conjunto funciona de forma sincronizada con los movimientos del cigüeñal para hacer saltar la chispa en el cilindro correspondiente (el que está en la fase de combustión) y en el momento adecuado.
Doble encendido.
Prácticamente todos los motores aeronáuticos están equipados con un sistema doble de encendido, compuesto por dos magnetos independientes que suministran corriente eléctrica a dos bujías en cada cilindro (una magneto suministra corriente a un juego de bujías y la otra alimenta al otro juego), por seguridad y eficacia:
Si falla un sistema de magnetos, el motor puede funcionar con el otro hasta que pueda realizarse un aterrizaje seguro.
Dos bujías en cada cilindro no solo dan mayor seguridad sino que además mejoran la combustión de la mezcla y permiten un mayor rendimiento.
Operación del encendido.
En el panel de instrumentos, hay un interruptor de encendido/starter accionado por llave, el cual tiene cinco posiciones:
OFF (Apagado). R (Right=Derecha) en la cual solo una magneto suministra corriente a su juego de
bujías. L (Left=Izquierda) lo mismo con la otra magneto y su juego de bujías. BOTH (Ambos), ambas magnetos suministran corriente, cada una a su juego de
bujías, y START (Arranque) que acciona el starter que arranca el motor.
Para generar electricidad las magnetos deben girar, así que para poner en marcha el motor el piloto acciona el arranque (llave en START), alimentado por la batería, con lo cual se hace girar al cigüeñal y este a su vez las magnetos. Una vez comienzan a girar, las magnetos producen corriente y hacen saltar en las bujías la chispa que inflama la mezcla de aire y combustible en los cilindros. En el momento en que el motor comienza a girar por sus propios medios (explosiones en los cilindros), el piloto suelta la llave, la cual vuelve automáticamente a su posición de BOTH quedando desactivado el sistema de arranque. El motor sigue su ciclo de trabajo, con el sistema de encendido alimentado por la corriente generada por las magnetos gracias al giro del motor, así que la batería ya no juega ningún papel en el funcionamiento del motor. Esta autonomía de las magnetos posibilita que en vuelo el motor siga funcionando aún con el sistema eléctrico averiado o desconectado por avería.
Para asegurar que el sistema dual de encendido funciona correctamente, se debe comprobar este en la prueba de motores previa al despegue. El procedimiento consiste en: ajustar la potencia al régimen indicado por el fabricante (entre 1700 y 2000 r.p.m. dependiendo del avión); entonces se mueve la llave de encendido desde la posición BOTH hasta la posición L (Left) chequeando en el tacómetro que la caída de r.p.m. no excede de las indicadas por el fabricante (normalmente entre 75 y 100 r.p.m.); seguidamente se vuelve a la posición BOTH y se repite el mismo procedimiento llevando la llave esta vez a la posición R (Right) y comprobando en el tacómetro la caída de r.p.m. La diferencia en la caída de r.p.m. con la llave en L y con la llave en R tampoco debe superar las indicadas por el fabricante (unas 50 r.p.m.). Antes de realizar este procedimiento conviene asegurarse de que la temperatura y la presión del aceite tengan valores normales (indicadores en verde).
Para apagar el motor de un automóvil, basta con girar la llave de encendido y extraerla, pero el peculiar sistema de encendido del motor de un avión hace esto algo diferente. En primer lugar, se mueve la palanca de la mezcla de combustible a la posición de mínima para interrumpir la alimentación al motor; una vez que el motor se para, es cuando se lleva la llave de encendido a la posición OFF. De esta manera se garantiza que no queda combustible en los cilindros, lo cual podría hacer que el motor se pusiera en marcha si alguien mueve accidentalmente la hélice con la llave de encendido puesta, aun cuando el interruptor eléctrico principal (master) esté apagado.
Otros elementos.
Además de las magnetos, el sistema de encendido consta de las bujías y los cables que llevan la corriente desde las magnetos hasta las bujías. Las bujías de los motores de avión no son diferentes de la empleadas en los automóviles, y sus cuidados los mismos: mantenerlas limpias de carbonilla y desengrasadas, calibrar la separación entre sus
electrodos, etc... En cuando a los cables, vigilar que no estén cortados o pelados, que están bien conectados, etc...
FUNCIONAMIENTO DE LA MAGNETO
El funcionamiento de la magneto se basa en la generación de corriente de alta tensión, en
el carrete de Ruhmkorff.
Es un generador de alta tensión, que puede provocar el encendido independientemente
de la instalación eléctrica con batería; convierte la energía mecánica, suministrada por el
motor, en energía eléctrica de baja tensión que, posteriormente, es transformada en
corriente de alta tensión y distribuida a las bujías en el instante y en el orden de sucesión
requeridos.
, La invención de la magneto se atribuye al británico Simms y al alemán Bosch, aunque,
Probablemente, el austríaco Marcus fue el Primero que tuvo la idea de obtener una
descarga eléctrica haciendo mover unos imanes. Las primeras aplicaciones de la
magneto se remontan a los últimos años del siglo pasado cuando los sistemas de
*encendido empleados eran aún muy numerosos, inciertos y delicados. Entre éstos cabe
citar el encendido de brúleur (con llama exterior de gas) y el de pila y trembleur (donde la
corriente continua de una pila se convierte en pulsante por la acción do un vibrador
conectado a una gran bobina). Ninguno de tales sistemas podía regular correctamente el
instante del encendido, además de depender de una fuente de energía exterior. Los
primeros aparatos que emplearon una magneto para el encendido fueron los de disyuntor,
en los cuales la corriente alterna producida era transportada directamente a la cámara de
combustión. En ella, un martillo, accionado directamente por el pistón o mediante una
varilla, por el árbol de levas, abría el circuito provocando unsobre corriente de apertura de
más de 400 V (capaz de provocar una chispa).
La Morsa fue la primera empresa que aplicó dicho sistema, denominado también magneto
de media tensión. Debido a la dificultad de mantener eficientes y aislados los órganos
móviles en la cámara de combustión, este sistema fue abandonado enseguida, siendo
substituido por la magneto de baja tensión, es decir, una magneto que producía corriente
alterna cuya tensión era aumentada después por una bobina exterior. Dicho sistema,
montado en el Ford T de 1909, es empleado aún en los motores de motocicletas de 1-2
cilindros. En los automóviles fue abandonado pronto, siendo reemplazado por la magneto
de alta tensión, denominada así porque no existía una bobina o transformador exterior
para aumentar la tensión, sino que el circuito del alternador estaba dotado de 2 bobinas,
una de las cuales actuaba como transformador.
El progreso ulterior de la magneto de alta tensión estuvo unido al perfeccionamiento de
los materiales dieléctricos y al de los imanes, lo cual permitió aligerar enormemente el
aparato y reducir las dimensiones hasta permitir su empleo sobre motores hasta de 8 y
más cilindros, tanto de encendido simple como doble.
La magneto de alta tensión se empleó exclusivamente en toda la producción mundial de
los años veinte. Desde 1925 fue substituida gradualmente por el encendido por *delco,
pero en los motores de competición, dadas las óptimas prestaciones a regímenes
elevados y no necesitando la batería, mantuvo las preferencias de los constructores hasta
finales de los años cincuenta.
Magneto de baja tensión - La denominación es impropia, en el sentido de que la corriente
producida por la magneto era de tensión limitada (no superior a 280 V en el momento de
la apertura de los contactos), pero la corriente enviada a las bujías después era
aumentada por un transformador exterior (bobina) que la llevaba a valores superiores a
10.000 V.
El funcionamiento era muy sencillo: se trataba de hacer mover un imán alrededor de una
bobina de alambre de cobre o viceversa. En las primeras magnetos, el imán estaba fijo y
la bobina (inducido) giraba en su interior. De este modo, la corriente debía obtenerse del
rotor a través de unas escobillas o contactos de rozamiento. Más tarde, se fijó el inducido,
y el imán o los imanes adquirieron la forma de rotores. Existieron también ejemplos de
inducido de imán fijo, entre los cuales se deslizaba con movimiento alternativo un núcleo
metálico que originaba una variación del flujo.
El principio básico sobre el que trabajaba la magneto (tanto de baja tensión como de alta
tensión) es el mismo que el del alternador. Las variaciones de flujo magnético producido
por el movimiento recíproco crean en la bobina —cerrada sobre sí misma— una corriente
alterna. Si el imán tiene 2 polos, la tensión de la corriente tendrá 2 mínimos y 2 máximos
(de unos 10 CV), que se producen exactamente cuando el flujo magnético experimenta la
variación máxima (es decir, se invierte de signo); esto es, que la tensión máxima se
obtiene cuando un polo del imán se ha alejado de la bobina. Si en ese instante se
interrumpe el circuito con un ruptor (constituido por 2 platinos o, como en el caso de las
motocicletas, por 2 contactos de volframio), la tensión entre los contactos separados
alcanza valores de más de 200 V (sobre corriente de apertura). Si en paralelo con los
contactos se monta un condensador, su efecto será absorber elsobre corriente de
apertura (eliminando la chispa) y aumentar más velozmente la diferencia de tensión que
se establece entre los contactos. En estas circunstancias, conectando la bobina a un
transformador exterior se obtiene fácilmente un aumento de tensión que puede hacer
saltar la chispa. Si las bujías son más de una, deberá colocarse un distribuidor de tensión
(de 200 V) que envía la corriente a tantos transformadores como bujías; o bien, más
económicamente, pueden colocarse varios platinos que alimentan otras tantas bobinas.
Con la solución de distribuidor, tratándose de baja tensión, son imprescindibles los
contactos de rozamiento, pero, por otra parte, no son necesarios aislamientos muy
esmerados.
Las bobinas que generan corriente de alta
tensión pueden colocarse muy cerca de
las bujías, para evitar el peligro de
dispersión o de corto circuito. En los
motores aeronáuticos, o en los de
funcionamiento por metano, se ha
preferido la magneto de baja tensión,
precisamente por la reducción de las
dispersiones debidas al efecto corona a
gran altura (para los aviones) y de los
peligros de corto circuito (para los
motores de gas).
En los motores mono cilíndricos, la magneto de baja tensión se emplea aún porque es
posible construir un volante magnético donde toda la corriente producida tenga valores
bajos de tensión, pero elevados en cuanto a intensidad de corriente, de manera que se
pueda destinar una parte de las bobinas a la iluminación o a las luces de a bordo.
Magneto de alta tensión - No difiere mucho de la anterior; es más sencilla, puesto que
falta la bobina exterior y produce directamente corriente de alta tensión para enviarla a las
bujías. Desde el punto de vista de su construcción, la posibilidad de tener agrupados en
un único bloque todos los órganos destinados a producir corriente, a aumentar la tensión
y a distribuirla a las bujías, reduce mucho los costes y, en parte, la posibilidad de averías.
La magneto de alta tensión está compuesta por:
- Un imán giratorio o 2 imanes dotados de expansiones adecuadas hasta formar un rotor
de 2 ó 4 polos. Generalmente, se emplean aceros al volframio, cromo, molibdeno o
cobalto que, con un temple adecuado, mantienen las características magnéticas durante
mucho tiempo.
- Una bobina inducida, constituida por un paquete de láminas al silicio (núcleo), sobre el
que están enrollados un circuito primario, formado por varios centenares de espiras de
cobre de un diámetro aproximado de 0,5 mm y, coaxialmente, un circuito secundario de
varios millares de espiras de alambre muy fino (0,05-0,08 mm). Los circuitos están
conectados en serie por un extremo: del mismo punto parte una conexión que va a los
platinos (y después a masa) y en paralelo a un condensador; el otro extremo del primario
(alambre grueso) se conecta a masa, mientras que el secundario va a la escobilla giratoria
de un distribuidor de tensión.
- Un ruptor, constituido por dos contactos (uno móvil y otro fijo, conectado a masa), y
una leva. Esta última tiene 2 lóbulos, tanto en el caso de motores bicilíndricos, con leva
giratoria a la mitad de revoluciones del motor, como en el de motores de 4 cilindros, con
leva giratoria a las mismas revoluciones del motor. Su finalidad es interrumpir, en
instantes determinados y a intervalos regulares, la corriente de baja tensión que circula en
la bobina primaria del inducido, determinando así el instante exacto en que salta la chispa.
La escuadra sobre la que está soldado el contacto fijo, puede desplazarse angularmente
algunos grados para determinar la distancia más conveniente entre los platinos
(generalmente, 0,4 mm). El contacto móvil está fijado a una escuadra, aislada
eléctricamente del resto de la magneto y montada sobre un tornillo que actúa de terminal
del muelle del martillo, y a la conexión de baja tensión que une el ruptor con la bobina
primaria del inducido. Con la magneto funcionando, cuando los contactos están cerrados,
la corriente que circula por la bobina primaria del inducido llega al tornillo, recorre el
muelle y alcanza la masa por medio del contacto fijo y el cuerpo de la magneto.
- Un condensador, cuya función consiste en que la interrupción de la corriente sea rápida,
eliminando el arco que tendería a producirse entre los contactos del ruptor, en el momento
en que se separan por efecto de la leva que empuja al patín del martillo. El condensador,
que tiene la caja conectada a masa, deja pasar la corriente alterna y, por tanto, evita que
se descargue sobre la bobina secundaria cuando los platinos están separados (después
de que haya saltado la chispa); efectivamente, esto, durante las fases muertas del ciclo,
provocaría chispas nocivas, con peligrosos retornos de llama. Debe tenerse en cuenta
que, puesto que el imán posee al menos 2 polos, el número mínimo de chispas que puede
obtenerse de una magneto es de 2 por cada vuelta; por consiguiente, si la magneto está
montada directamente sobre el cigüeñal, es adecuada para un motor de 4 tiempos y de 4
cilindros, o para un motor de 2 cilindros y de 2 tiempos. En un motor mono cilíndrico se
produciría un número de chispas excesivo.
— Un dispositivo de avance automático, cuyo funcionamiento es similar al empleado en
los distribuidores de encendido. Sirve para variar progresivamente el avance al aumentar
el número de revoluciones: se basa en 2 masas centrífugas que, alejándose, varían la
posición angular de la leva, que separa los platinos, respecto al árbol de la magneto. Es
importante advertir que la magneto no trabaja con corriente continua, sino alterna, y que la
mejor chispa se obtiene cuando la tensión de la corriente alcanza su valor máximo. Esto
obliga a separar los platinos sólo para una determinada posición del árbol de la magneto.
Dicha posición se produce cuando la arista de los polos de un imán se ha alejado algunos
milímetros del polo del inducido. Cuando la magneto debe ponerse en fase con el motor,
es necesario realizar la puesta a punto de la propia magneto entre el instante de
separación de los platinos y la posición descrita. —Un arranque por disparo, que permite
paliar la escasa potencia de la chispa en los regímenes bajos del motor. Asimismo, puesto
que la tensión de la corriente producida por la magneto depende de la variación del flujo
magnético, cuando el motor gira muy despacio o, peor aún, durante el arranque, la chispa
resultante es muy débil. Por esto, casi todas las magnetos de los automóviles de los años
veinte y treinta estaban dotadas de un dispositivo de muelle que podía ser tensado antes
de poner en marcha el motor y que desenganchaba el rotor cuando el cilindro estaba
realizando la fase de compresión; por tanto, la chispa era independiente de la velocidad
con que giraba la manivela de arranque.
- Un distribuidor de tensión, que se encarga de enviar la corriente en el orden establecido
a cada una de las bujías. En la práctica, se trata de un sombrerete de ebonita, semejante
al del delco, con una escobilla giratoria que distribuye la corriente, por salto de chispa. El
distribuidor para motores de 4 tiempos está conectado al árbol de la magneto por medio
de un par de engranajes, que divide por 2 el número de revoluciones. Pero en un motor
de 2 tiempos, el distribuidor puede estar montado sobre el propio árbol de la magneto.
Resumen.
La función del sistema de encendido consiste en generar la energía que hace saltar la chispa en las bujías.
Los sistemas de encendido se clasifican en sistemas de magneto y sistemas de batería y bobina. El encendido por magneto es el más utilizado en motores aeronáuticos.
El funcionamiento de ambos sistemas es similar en sus principios básicos, pero la magneto es autosuficiente y requiere solo de las bujías y los cables conductores mientras que el sistema de batería y bobina requiere además otros componentes.
El sistema de encendido por magnetos es profusamente empleado en aviación por su autonomía respecto a fuentes de energía externa.
Una magneto es un generador de corriente que genera un voltaje suficiente para hacer saltar una chispa en las bujías.
Prácticamente todos los motores aeronáuticos están equipados con un sistema doble de encendido, por cuestiones de seguridad y eficacia.
Si falla un sistema de magnetos, el motor puede funcionar con el otro hasta que pueda realizarse un aterrizaje seguro.
Dos bujías en cada cilindro no solo aportan mayor seguridad sino que además mejoran la combustión de la mezcla y permiten un mayor rendimiento.
El sistema de encendido debe chequearse durante la prueba de motores, antes del despegue.
Antes de apagar el motor llevando la llave de encendido a OFF, hay que cortar la mezcla
de combustible y dejar que el motor se pare.
