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UNIVERSIDAD ANDINA “NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ” JULIACA
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS
CARRERA ACADÉMICO PROFESIONAL DE MECÁNICA ELÉCTRICA
Proyecto de investigación:
Tesis
“ANÁLISIS Y CÁLCULO ENERGÉTICO DEL CICLO DE TRABAJO, DE UN MOTOR
TOYOTA HILUX 1KD 3.0 D-4D.A 3825 M.S.N.M.”
Presentado por:
Nina Catacora Américo Santiago
Con la finalidad de optar el título profesional de ingeniero mecánico electricista.
Juliaca – Perú
2013
UNIVERSIDAD ANDINA “NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ” DE JULIACA
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS
CARRERA ACADÉMICO PROFESIONAL DE MECÁNICA ELÉCTRICA
“ANÁLISIS Y CÁLCULO ENERGÉTICO DEL CICLO DE TRABAJO, DE UN
MOTOR TOYOTA HILUX 1KD 3.0 D-4D.A 3825 M.S.N.M.”
Proyecto de tesis
Para optar el grado académico de: ingeniero mecánico electricista
Aprobado por:
Presidente del jurado : ------------------------------------------------------
Primer Miembro del jurado : ------------------------------------------------------
Segundo Miembro del jurado : ------------------------------------------------------
Asesor : ------------------------------------------------------
“ANÁLISIS Y CÁLCULO ENERGÉTICO DEL
CICLO DE TRABAJO, DE UN MOTOR
TOYOTA HILUX 1KD 3.0 D-4D.A 3825
M.S.N.M.”
PRESENTACIÓN
“análisis y cálculo energético del ciclo de trabajo, de un motor Toyota Hilux 1KD 3.0
D-4D.a 3825 m.s.n.m.”
Realizado por el bachiller Santiago Nina Catacora, fue realizado por mi persona y además
todos los conceptos, investigaciones, cálculos, pruebas, desarrollados y analizados en el
presente trabajo son de exclusiva responsabilidad de los autores, así como las conclusiones
y recomendaciones expuestas.
Juliaca, 07 de noviembre del 2012
………………………………..…
Bach. Santiago Nina Catacora
AGRADECIMIENTO
a los docentes de la carrera de ingeniería mecánica eléctrica de la universidad andina
Néstor Cáceres Velásquez que me brindaron sus conocimientos y por las enseñanzas
impartidas; durante mi vida universitaria y ahora soy el reflejo de ellos.
quiero agradecer esta tesis a las personas que siempre han estado a mi lado de manera
incondicional y desinteresada que son mis padres y mis hermanos, solo me queda el
agradecerles por el apoyo, la confianza durante todos estos años de mi carrera universitaria;
ya que sin su respaldo, culminar esta importante etapa de mi vida no hubiera sido posible.
a mis padres por su apoyo incondicional para lograr culminar mis estudios y la carrera
universitaria, por la gran ayuda otorgada durante el desarrollo de este proyecto, por el
apoyo y respaldo que siempre me brindan en los buenos y malos momentos de mi vida; a
mis maestros y amigos por la motivación y la confianza que siempre me brindaron para
poder lograr cumplir los objetivos de mis metas y proyectos.
RESUMEN
Este proyecto tiene como finalidad de conocer los comportamientos de los parámetros en
energéticos que efectúan el funcionamiento del motor, para de esta manera poder utilizar
de manera más racional el combustible disminuyendo el consumo específico y
aumentando, de alguna manera, la potencia y el torque del motor.
Se pudo constatar que el menor consumo específico efectivo del motor Hilux 4wdc es de
213[g/kwh] cundo el motor jira 3000rpm.
ESQUEMA DE CONTENIDO DEL PROYECTO DE TESIS
TITULO: “ANÁLISIS Y CÁLCULO ENERGÉTICO DEL CICLO DE TRABAJO,
DE UN MOTOR TOYOTA HILUX 1KD 3.0 D-4D.A 3825 M.S.N.M.”
CONTENIDO:
Presentación agradecimiento Resumen Índice analítico
CAPITULO I1.0.-planteamiento del problema.1.1.1.-descripción del problema.- 1.1.2.-enunciado del problema 1.2.- antecedentes1.3.-justificación.-1.4.-alcances del proyecto1.5.-hipótesis1.6.-variables1.6.1.-variables independientes 1.6.2.-variables dependientes1.7.-objetivos del proyecto1.7.1.-objetivo general.- 1.7.2.-objetivo específico.-1.8.-ubicación y accesibilidad1.9.-descripcion
CAPITULO II 2.-marco teórico 2.1.-caracteristicas principales de los motores diesel
2.1.1.-motor de combustión interna 2.1.2.-motor diesel2.1.3.-el ciclo diesel de motores de combustión interna 2.1.3.1.-admisión, compresión, combustión y escape.2.1.4.-faces o ciclos de trabajo2.1.4.1.-admisión, compresión, combustión y escape.2.1.5.-cámaras de combustión2.1.6.-carrera de los pistones.-2.1.7.-cilindrada o desplazamiento de los pistones.-2.1.8.-número de cilindros. –2.1.9.-cálculo de la cilindrada2.1.10.-inyección directa:2.1.11.-inyección indirecta:2.1.12.-cámara de turbulencia2.2.1.- reactivos 2.2.2.-productos2.2.3.-combustible:2.2.4.-gasoil o petróleo2.2.5.-número de cetano: 2.2.6.-análisis de combustible.2.3.1.-comburente 2.3.2.-el aire atmosférico – composición2.3.3.-aire estequiométrico2.3.4.-ecuación de reacción 2.3.4.-mezcla estequiométrico.2.3.5.-relación aire-combustible2.3.6.-relación combustible – aire 2.3.7.-combustible ideal con oxígeno.2.3.8.-combustible ideal con exceso de aire.2.3.9.-aire real (ar).2.3.9.1.-exceso de aire (ex).2.3.10.-porcentaje de aire teórico2.3.11.-mezcla rica.2.3.12.-mezcla pobre. 2.4.1.-combustión de motores diesel 2.4.2.-combustión real.2.4.3.-combustión con deficiencia de aire2.4.4.-importante que la combustión sea completa2.4.5.-combustión real con exceso de aire.2.4.6.-inicio de la combustión2.4.7.-proceso de combustión 2.4.8.-combustion ideal 2.4.9.-combustion completa.2.4.10.-combustión incompleta.2.4.11.-fases de la combustión2.4.12.-combustión de aire.2.4.13.-combustión ideal con aire.
2.5.1.-fundamento de los turbocompresores:2.5.2.-funcionamiento de un turbocompresor2.5.3.-componentes de un turbocompresor2.5.4.-sistema de refrigeración o intercooler2.5.5.-sistema de refrigeración o intercooler2.5.6.-turbocompresor refrigerado por agua2.5.7.-turbo de geometría variable2.5.8.-las posiciones fundamentales que pueden adoptar los alabes se describen en el siguiente gráfico:2.5.8.1.-en la figura de la izquierda:2.5.8.2.-en la figura del centro:2.5.8.3.-en la figura de la derecha:2.5.9.-gestión electrónica de la presión del turbo 2.5.10.-las características principales de este sistema son:2.5.11.-otra forma de controlar la presión de soplado del turbo: 2.6.-historia de Toyota2.6.1.-empresa toyota2.6.2.-la renovación de la pick up líder del mercado.2.6.3.-motor2.6.4.-los motores d4d diesel de 4 tiempos con inyección directa2.6.5.-torque y potencia de motor Toyota 2.5 2.6.6.-torque y potencia del motor Toyota 3.0 litros 2.6.7.-tecnologías de los nuevos motores Toyota2.6.7.1.-common - rail de 2da. Generación: 2.6.8.- control electrónico: 2.6.9.-doble inyección del diesel: 2.6.10.-inyección directa d-4d (diesel 4 tiempos con inyección directa): 2.6.11.-turbocompresor de geometría variable - solo motor 3.0 litros2.6.12.-bajas revoluciones del motor:2.6.13.-altas revoluciones del motor2.6.14.-intercooler (solo motor 3.0 litros)2.6.15.-válvula de control de turbo alimentación - solo motor 3,0 litros2.6.16.- acelerador electrónico:2.6.17.- balanceador del motor:
CAPITULO III3.1.-ingenieria del proyecto 3.1.2.-especificaciones técnicas el motor:
I. parámetros de la sustancia de trabajo II. productos de la combustión
III. cantidad total de los productos de la combustiónIV. parámetros del medio ambiente y delos gases residualesV. parámetro del proceso de admisión
VI. parámetros del proceso de la compresión VII. parámetros del proceso de combustión
VIII. parámetros del proceso de expansión
IX. comprobación de la temperatura de los gases residualesX. parámetros indicados del siclo operativo del motor
XI. parámetros efectivos XII. principales parámetros constructivos del cilindro y del motor
XIII. parámetros energéticos y económicos del motorXIV. construcción del diagrama indicado
1.-inicio de la combustión 2.-combustión visible3.-proceso de escape 4.- proceso de admisión Graficas del diagrama indicado real XV. balance termo energéticoXVI. construcción de curvas de características externas de velocidadCurvas características externas de velocidad XVII. construcción de curvas características de carga del motor Curvas características de carga CAPITULO IVConclusiones Recomendaciones Referencias bibliográficas Anexos
CAPITULO I
1.0.-PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
1.1.1.-DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA.-
el problema es la emisión de los gases contaminantes a la atmosfera por la combustión
incompleta por excedente de aire o falta de aire por lo tanto produce una combustión
incompleta , alto consumo energético por el consumo de aceite , desgastes de las partes
del motor por lo tanto necesitamos en forma de urgencia la regulación de la bomba de
inyección y de inyectores .
1.1.2.-ENUNCIADO DEL PROBLEMA
¿Es posible analizar y evaluar las propiedades energéticos del motor Toyota Hilux
1KD 3.0 D-4D mediante el cálculo termo energético?
1.2.- ANTECEDENTES
Tal como están de exigentes las regulaciones sobre la emisión de los gases
contaminantes a la atmósfera. El construir mecánicas respetuosas con el entorno. Es un
problema que se tiene que afrontar de manera más eficaz para sí tener un sector del
trasporte medioambientales sostenibles.
Los motores diesel tienen un alto consumo energético. Durante la combustión, la
temperatura es alta y hay un excedente de aire para garantizar que la combustión sea
casi completa
en el presente trabajo se hace una evaluación de los principales parámetros que
caracterizan el comportamiento del motor y a su vez el motor en estudio ha presentado el
problema de exceso de aire de opacidad de los gases .
internacionalmente se sabe que la máxima potencia de los motores está limitado por su
opacidad , en este sentido , el problema de la opacidad como parámetro que expresa el
nivel de contaminación ambiental se encuentra normado internacionalmente para distintos
tipos de motores .
1.3.-JUSTIFICACIÓN.-
El presente trabajo ayudara a la aplicación de la teoría brindada en el curso de “motores
de combustión interna” y así obtener plantear una rigurosa reducción de los gases de
escape, con duras exigencias para todos los fabricantes de motores y además porqué se
debe resolver los problemas mencionados anteriormente
1.4.-ALCANCES DEL PROYECTO
1.5.-HIPÓTESIS
“si es posible analizar y evaluar las propiedades energéticas del motor Toyota Hilux 1KD
3.0 D-4D basándose en el conocimiento de la teoría de los motores durante su explotación
en altura que fundamente los diversos fenómenos que tiene lugar en el motor durante su
trabajo”
1.6.-VARIABLES
1.6.1.-VARIABLES INDEPENDIENTES
Parámetros de operación, desgaste de energía
1.6.2.-VARIABLES DEPENDIENTES
Consumo de combustible por Altura de operación
1.7.-OBJETIVOS DEL PROYECTO
1.7.1.-OBJETIVO GENERAL.-
Obtener una reducción del consumo del combustible para el motor Toyota Hilux 1KD 3.0
D-4D, en altura. ya que es indispensable para la economía de cualquier empresa, pero loes
mucho más cuando se trata de proteger el medio ambiente y además contribuir a la
mitigación del efecto invernadero y al calentamiento y oscurecimiento global de la tierra
1.7.2.-OBJETIVO ESPECÍFICO.-
esto se lograra analizando y calculando los diferentes parámetros termo energéticos del
ciclo de trabajo del motor materia en estudio porque se debe determinar los parámetros
indicados, efectivos y las perdidas mecánicas del motor ,y evaluar las curvas
características de velocidad y de carga del motor además establecer las anomalías más
importantes encontradas en el motor y trazar o construir el diagrama indicado del motor
en las coordenadas Pv y Pθ y las curvas características de carga y establecer los aspectos
posibles de modernización del motor
1.8.-UBICACIÓN Y ACCESIBILIDAD
Se ubica en el distrito Juliaca provincia san Román departamento de puno
1.9.-DESCRIPCION
El presente trabajo de investigación experimental
CAPITULO II
2.-MARCO TEORICO
2.1.-CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE LOS MOTORES DIESEL
Como toda maquinaria y aún como todo objeto comparable con otro de su tipo: el motor a
diesel en general, poseen características distintivas cuyo enunciado o cuyo conocimiento
permite establecer y valorar su capacidad para ser aplicado en tal o cual, o bien para darle
tal o cual uso cuando se tratara de motores en términos generales.
Desde el punto de vista de sus detalles de construcción, las características de un motor son
numerosas y variadas; pero sólo interesan cuando se trata de hacer análisis o comparaciones
amplias para efectuar una elección entre motores de tipos iguales y gran semejanza. En
cambio, por lo general sólo se hace mención de características básicas o principales, las que
se refieren a las dimensiones del motor y a la potencia producida, especialmente.
Estas características, que indicamos sobre el esquema de un motor en la figura n° ,6 son las
siguientes:
Figura n° ,6
d— diámetro de los cilindros.
c— carrera de los pistones.
n— número de cilindros.
cil— cilindrada o desplazamiento de los pistones.
p— potencia producida.
Rpm—número de revoluciones por minuto (del cigüeñal) a que se produce la potencia que
se indica. Lo que expondremos a continuación respecto a las características especificadas,
constituye un importante avance en los conocimientos que se van adquiriendo. En los
motores a explosión en general, comprendiendo entonces a los de aviación, todos los
cilindros de un mismo motor se construyen de igual diámetro, no habiendo excepciones en
este sentido. Hacemos esta aclaración, si bien puede ser considerada como una
redundancia, en modo especial para aquellos familiarizados con los motores a vapor donde
tal cosa no ocurre, variando allí el diámetro de los cilindros con diversas etapas de
expansión del vapor.
2.1.1.-MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
Un motor es una máquina que transforma la energía química presente en los combustibles,
en energía mecánica disponible en su eje de salida. En un diagrama de bloques de entradas
y salidas, tendríamos como entrada: aire y combustible y el aporte de sistemas auxiliares
necesarios para el funcionamiento como son los sistemas de lubricación, refrigeración y
energía eléctrica; y en el interior del motor, sistema de distribución, mecanismos pistón-
biela-manivela y como producto de salida final tendríamos la energía mecánica utilizable,
además tendríamos como residuos o productos de la ineficiencia los gases de la combustión
y calor cedido al medio.
Los motores se utilizan para realizar un trabajo mecánico, su utilización es muy variada y el
rango de aplicaciones es muy amplio, se los puede ver accionando, bombas de superficie,
generadores, vehículos, compresores, etc. Consta de un sistema de suministro de
combustible, un sistema de suministro de aire, un dispositivo para realizar la mezcla,
cámaras de combustión, un sistema que transforma la energía calorífica en movimiento
alternativo y este a su vez mediante un mecanismo biela-manivela se transforma en un
movimiento de rotación. En los motores es muy importante la llamada relación de
compresión que es el número de veces que el volumen de la cámara formada por el pistón
cuando está en su punto muerto superior (P.M.S.), las paredes del cilindro y la tapa de
cilindros, cabe en el volumen de la cámara que se produce con las paredes del cilindro, la
tapa de cilindros y el pistón cuando está en el punto muerto inferior (P.M.I.). Según el tipo
de combustible utilizado en el motor es la relación de compresión que necesita para su
funcionamiento.
2.1.2.-MOTOR DIESEL
Su combustión se basa en la inflamación espontánea del combustible.El combustible que
utilizan es el gasoil.Al final de la compresión (recuérdese que en un motor Diesel sólo se
comprime aire), estando el aire a una presión, que en motores fuertemente
sobrealimentados puede ser de unos 80 bares, y temperaturas de 1000 K, se empieza a
inyectar el combustibleEl combustible, una vez en el interior de la cámara de combustión,
comienza a vaporizarse y se empieza a formar una nube de aire y combustible vaporizado.
Empiezan a producirse choques entre moléculas, y a generarse radicales. Pasado un cierto
tiempo, esa nube entra en ignición, e instantáneamente se quema una cierta cantidad de
combustible Una combustión que se llama de premezcla, en la que se libera bastante
energía en poco tiempo. La temperatura de esa zona sube mucho, y hay una subida de
presión bastante brusca, que es la responsable del ruido del motor Diesel.Tras la
combustión de Premezcla hay ahora en la cámara gotas líquidas de combustible, y otras que
aún se pueden seguir inyectando, rodeadas de aire y gas residual de la combustión de
premezcla a alta temperatura. De modo que aumenta la tasa de vaporización de las gotas
combustible, y el vapor que sale de la gota se difunde por la cámara. En cuanto encuentra
oxígeno, reacciona y se quema, se denomina combustión por difusión.Es la segunda fase de
la combustión e el motor Diesel. Es una combustión mucho más lenta, y está gobernada por
la tasa de inyección que se tiene, la tasa de vaporización de las gotas y la facilidad con que
el vapor encuentre oxígeno
La combustión por premezcla y después por difusión, marcan un límite al régimen de giro
del motor Diesel. Ésto es debido a que hay procesos cuya duración no depende del régimen
de giro, y a medida que éste aumenta, la combustión va ocupando un ángulo cada vez
mayor .Para un alto régimen de giro del motor la combustión ocupa mucho ángulo de giro
del cigüeñal, disminuyendo el rendimiento del motor. En el Diesel, debido a que al final de
la combustión al combustible le cuesta encontrar oxígeno, no se pueden quemar mezclas
con tanto combustible. La lambda mínima para un Diesel ronda el valor 1.2, lo que equivale
a que hay que tener sobre un 20% de exceso de aire para que todo el combustible encuentre
oxígeno. Por debajo de eso, aumenta mucho la emisión de partículas de hollín.Las dos
razones principales por las cuales el motor Diesel consume menos que el Otto son la mayor
relación de compresión del Diesel y la capacidad para quemar mezclas pobres.
2.1.3.-EL CICLO DIESEL DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
Estos motores con ciclo diesel, poseen un sistema mecánico de biela-manivela, situado
entre el pistón y el árbol motriz, lo que transforma el movimiento lineal del embolo en
movimiento de rotación del árbol, produciendo dos vueltas completas del árbol motriz en
cada ciclo de funcionamiento. Para este tipo de motores existe una entrada y una salida de
los gases en el cilindro, que es controlada por cuatro válvulas situadas en la cámara de
combustión. La apertura y cierre de las mismas la realiza un sistema de distribución
sincronizado con el movimiento del árbol motriz o cigüeñal.
El desplazamiento del pistón en el cilindro se realiza en cuatro fases o etapas conocidas
como el ciclo de diesel que son:
2.1.3.1.-ADMISIÓN, COMPRESIÓN, COMBUSTIÓN Y ESCAPE.
Un motor diésel puede modelarse con el ciclo ideal formado por seis pasos reversibles,
según se indica en la figura. Pruebe que el rendimiento de este ciclo viene dado por la
expresión
Siendo r = va / vb la razón de compresión y rc = vc / vb la relación de combustión. Un ciclo
diésel ideal es un modelo simplificado de lo que ocurre en un motor diésel. Aprovechando
las propiedades químicas del gasóleo, el aire es comprimido hasta una temperatura superior
a la de auto ignición del gasóleo y el combustible es inyectado a presión en este aire
caliente, produciéndose la combustión de la mezcla. La relación de compresión de un motor
diésel puede oscilar entre 12 y 24.Para modelar el comportamiento del motor diésel se
considera un ciclo diesel de seis pasos, dos de los cuales se anulan mutuamente:
Admisión E→A
El pistón baja con la válvula de admisión abierta, aumentando la cantidad de aire en la
cámara. Esto se modela como una expansión a presión constante (ya que al estar la válvula
abierta la presión es igual a la exterior). En el diagrama pv aparece como una recta
horizontal.
Compresión A→B
El pistón sube comprimiendo el aire. Dada la velocidad del proceso se supone que el aire
no tiene posibilidad de intercambiar calor con el ambiente, por lo que el proceso es
adiabático. Se modela como la curva adiabática reversible A→B, aunque en realidad no lo
es por la presencia de factores irreversibles como la fricción.
Combustión B→C
Un poco antes de que el pistón llegue a su punto más alto y continuando hasta un poco
después de que empiece a bajar, el inyector introduce el combustible en la cámara. Al ser
de mayor duración que la combustión en el ciclo otto, este paso se modela como una
adición de calor a presión constante. Éste es el único paso en el que el ciclo diesel se
diferencia del otto.
Expansión C→D
La alta temperatura del gas empuja al pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre él. De
nuevo, por ser un proceso muy rápido se aproxima por una curva adiabática reversible.
Escape D→A Y A→E
Se abre la válvula de escape y el gas sale al exterior, empujado por el pistón a una
temperatura mayor que la inicial, siendo sustituido por la misma cantidad de mezcla fría en
la siguiente admisión. El sistema es realmente abierto, pues intercambia masa con el
exterior. No obstante, dado que la cantidad de aire que sale y la que entra es la misma
podemos, para el balance energético, suponer que es el mismo aire, que se ha enfriado. Este
enfriamiento ocurre en dos fases. Cuando el pistón está en su punto más bajo, el volumen
permanece aproximadamente constante y tenemos la isócora D→A. cuando el pistón
empuja el aire hacia el exterior, con la válvula abierta, empleamos la isobara A→E,
cerrando el ciclo.
En total, el ciclo se compone de dos subidas y dos bajadas del pistón, razón por la que es un
ciclo de cuatro tiempos
2.1.4.-FACES O CICLOS DE TRABAJO
Los motores diesel pueden tener uno o varios cilindros o cámaras de combustión y según su
posición pueden estar dispuestas en línea o en uve (es decir cilindros dispuestos en forma
de v con un ángulo entre una línea y otra de cilindros, pero todos con el mismo cigüeñal).
Salvo excepciones en este caso hablaremos de motor de cuatro tiempos y cuatro cilindros
en línea.
Cada uno de los cilindros, durante su funcionamiento, efectúa un ciclo completo de trabajo
durante el cual se producen cuatro carreras que son:
2.1.4.1.-ADMISIÓN, COMPRESIÓN, COMBUSTIÓN Y ESCAPE.
Carrera de admisión.
Puede ser considerada el primer movimiento del ciclo que se efectúa de la siguiente forma:
1. movimiento del pistón hacia abajo.
2. válvula de admisión abierta.
3. el aire entra en el cilindro al mismo tiempo que el pistón se mueve hacia abajo.
4. la presión atmosférica fuerza al aire a entrar en el cilindro para ocupar el vacío que
se produce en el mismo.
5. la válvula de admisión permanece abierta hasta pocos grados después del punto
muerto inferior para aprovechar la inercia del aire entrando en el cilindro.
Carrera de compresión.
1. movimiento del pistón hacia arriba.
2. ambas válvulas cerradas.
3. disminuye el volumen del aire en el cilindro, aumenta la presión y se incrementa la
temperatura debido a la compresión.
Carrera de combustión.
1. el combustible es inyectado en ese reducido volumen en el que se encuentra el aire a
alta presión y temperatura, justo un momento antes del punto muerto superior.
2. el combustible comienza a quemarse debido al calor producido por la compresión.
3. los gases comprimidos se expansionan rápidamente debido a la explosión o
combustión instantánea.
4. el pistón es forzado hacia abajo por la expansión de los gases, proporcionando
potencia al cigüeñal.
Carrera de escape.
1. el pistón se mueve hacia arriba.
2. la válvula de escape se abre un poco antes de que el pistón llegue al punto muerto
inferior de la carrera de combustión.
3. el movimiento del pistón hacia arriba fuerza a los gases quemados al exterior de la
válvula de escape.
4. generalmente la válvula de escape estará cerrada ligeramente antes del punto muerto
superior.
Algunos motores, tienen válvulas solapadas o en cruce. La válvula de admisión abre antes
del punto muerto superior y la válvula de escape cierra después del punto muerto superior.
2.1.5.-CÁMARAS DE COMBUSTIÓN
El inyector introduce en ella el combustible pulverizado, el cual se mezcla con el aire; de
ahí que la forma de la cámara de combustión deba facilitar esta mezcla del combustible con
el aire.Tanto la mezcla como la combustión deben realizarse en un tiempo mínimo lo más
cercano posible al punto muerto superior.Las cámaras de combustión pueden clasificarse
en:
Inyección Directa
Inyección Indirecta
Precombustión
Con Cámara de Turbulencia
2.1.6.-CARRERA DE LOS PISTONES.-
al detallar el funcionamiento del motor ya hemos indicado que la carrera o recorrido delos
pistones es la distancia c. que media entre el punto muerto superior y el punto muerto
inferior del pistón, pero a ello agregaremos que dicha medida, la segunda de las
características principales del motor enunciadas, generalmente es tomada sobre la cara del
pistón como se indica en la figura n° 7, pues ello permite establecer exactamente la altura
del cilindro que es ocupada por los gases; pero en nada variaría esa medida si se le tomara
de centro a centro del perno del pistón, o bien en cualquier otro punto del pistón.
Figura n° 7
a su vez: esta misma figura nos permite apreciar que en un motor la carrera de los pistones
es básicamente igual al diámetro de la circunferencia descripta por el centro de los muñones
del cigüeñal en su rotación, pues los pistones tienen a los cilindros como guías para su
movimiento rectilíneo, pero ellos no lo limitan en su longitud, siendo el cigüeñal quien lo
hace por intermedio de las bielas y los pernos de pistones.
El valor del diámetro de los cilindros no guarda relación constante con el de la carrera de
los pistones en diferentes motores. En los de aviación mismo si bien en la mayor parte de
los casos la carrera de los pistones es de 1,15 a 1,50 veces mayor que el diámetro de los
cilindros, hay algunos en que ambos valores son aproximadamente iguales y otros en los
que la carrera de los pistones es menor aún que el diámetro de los cilindros.
Según la procedencia de los motores y el sistema de unidades usado cada país, las dos
características consideradas, es decir: el diámetro de cilindros y la carrera de los pistones,
se expresan en milímetros (mms.) o pulgadas (pulg.).
2.1.7.-CILINDRADA O DESPLAZAMIENTO DE LOS PISTONES.-
Se da estos nombres al volumen que dejan libres tras de sí los pistones en su movimiento de
descendente, o sea al desplazarse desde el punto muerto superior hasta el interior. En este
volumen, que es cilíndrico, desde el momento en que está limitado por las paredes internas
de los cilindros y la cara de los pistones, como lo indicamos en la figura n°10: no se incluye
el volumen de las cámaras de explosión, ya que éste siempre subsiste cualquiera que fuese
la posición de los pistones.
Figura n°10
El nombre de “cilindrada” tiene por base el hecho de referirse al volumen de los cilindros,
mientras el de “desplazamiento de los pistones”, en cierto modo más correcto, está basado
en que dicho volumen se entrega o establece al desplazarse o “correrse” los pistones dentro
de los cilindros en la forma indicada.
Raramente se expresa la cilindrada (termino que emplearemos preferentemente por ser más
difundido) de un solo cilindro, pero cuando tal se hiciera por motivos especiales, debe
concretarse que se trata de la “cilindrada unitaria” como se la denomina entonces.
La “cilindrada total” será la correspondiente a todos los cilindros del motor sumados y se
la determina multiplicando la de un cilindro por el número de éstos de que consta el motor,
ya que, como lo hemos expresado: todos los cilindros son siempre de iguales dimensiones
(igual diámetro y carrera de pistones); pero no hay necesidad de emplear esta expresión
sino en los casos de duda, ya que al referirse a la cilindrada de un motor es común que se
trata del total.}
2.1.8.-NÚMERO DE CILINDROS. –
Actualmente el número de cilindros de los motores diesel varía entre 4 y 18, en general.
La mención de esta característica, además de servir para el cálculo de cilindrada cuando se
indica el valor de ésta, permite deducir el tipo de motor de que se trata en la mayor parte de
los casos, si bien en la especificación correspondiente se suele también indicar la
disposición de los cilindros.
Por ejemplo: los motores de 5, 7 y 9 cilindros son siempre radiales o en estrella simple;
siendo radiales o en estrella doble los de 14 y 18 cilindros (dos grupos radiales de 7
cilindros cada uno los primeros y dos de 9 los segundos).
Los motores de 6 cilindros por lo general son en línea y los de 8 y 12 en v o en ángulo. Los
de 4 cilindros pueden ser en línea (vertical) o con sus cilindros dispuestos
horizontalmente, y opuestos 2 a 2.
Actualmente los motores en línea y en v o en ángulo se construyen de manera que en lugar
de ir montados sobre el avión en la forma que estamos acostumbrados a considerar en los
automóviles, es decir: con el cigüeñal y el cárter debajo de los cilindros, lo están en forma
inversa u opuesta, esto es: con los cilindros y sus cámaras de explosión debajo del cigüeñal
y el cárter, como lo representa la figura n° 8.
Figura n° 8.
En los motores en v, ya sea de este tipo o en los que se construyeran antes, en cada muñón
del cigüeñal van montadas dos bielas, casi siempre una a continuación de la otra,
disponiéndose los dos grupos de cilindros con un cierto desplazamiento entre sí, con el
objeto de que las bielas queden situadas todas en el centro de sus respectivos cilindros.
2.1.9.-CALCULO DE LA CILINDRADA
Con un elemental conocimiento de geometría es posible efectuar el cálculo de la cilindrada,
cálculo que nos es útil conocer directamente para hallar su valor cuando él no se indica en
las características del motor, o bien para verificar su valor o para buscar comparaciones
cuando ello se hiciera.
Para llevar a efecto dicho cálculo debemos empezar por determinar la superficie de la base
del cilindro, que es de forma circular o es simplemente un círculo.
sup. circulo = 3,1416 X D2
4
Cuando no interesa hacer un cálculo con máxima exactitud, en lugar de la relación 3,1416,
puede operarse simplemente con 3.14 siendo muy reducida la diferencia en el resultado
según él tome uno u otro número de decimales en este valor.
Cuando se hubiera calculado la superficie del círculo que constituye la base. para
determinar el volumen de un cilindro en general, se multiplica dicha base por la altura a del
mismo
Figura n° 11:
vol. cil. = sup. base x a
Operación que en lugar de indicarse en esta forma, puede concretarse mejor puntualizando
a su vez la manera en que fue determinada la superficie de la base:
vol. cil. = 3,1416 X D2
4x A
Pero ocurriendo que en el caso particular de los motores, que nos interesa especialmente, la
altura del cilindro viene a ser la carrera de los pistones c:
c = a
Sería que hemos definido como la cilindrada unitaria, es igual a:
cil. unitaria = 3,1416 X D2
4xC
muy fácil resulta, en consecuencia, la definición de la forma en que se mina la cilindrada de
todo el motor, que indicaremos con la abreviatura cil, simplemente pues para ello no
tenemos más que multiplicar la expresión ya obtenida por n, el número de cilindros.
cil. = 3,1416 X D2
4xC x N
Según los casos, la cilindrada se expresa, y considera en 3 unidades distintas: litros (lts.):
centímetros cúbicos, (cms. cúb.); y pulgadas cúbicas, (pulgs. cub.). las dos primeras
corresponden al sistema métrico decimal y la tercera al sistema inglés.
Dentro del sistema métrico, los litros se emplean para indicar la cilindrada de motores
relativamente grandes como son los de aviación en general y también los de automóviles;
en cambio en centímetros cúbicos se acostumbra expresar la cilindrada de motores
pequeños, como los de motocicletas y motores industriales portátiles.
En el sistema inglés, por el contrario, la pulgada cúbica es empleada como unidad para la
indicación del valor de la cilindrada en toda clase de motores a explosión.
A continuación indicaremos ahora la equivalencia existente entre las 3 unidades
mencionadas:
1 it. = 1.000 cms. cúb.
lt. y cm. cúb. :
1 cm.cúb. = 1<.
1,000
________________________________________________________________
1 lt. = 61 pulg. cúb.
lt. y pulg. cúb. :
1pulg. cub. = 1< .61
__________________________________________________________________
1 cm. cúb. = 0,061 pulg. cúb.
cm. cúb. ypulg. cúb. :
1 cm. cúb. =1cm .cub .
0,061
2.1.10.-INYECCIÓN DIRECTA:
El combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión a una presión entre
130 y 300 bares, generalmente sobre la cabeza del pistón que está mecanizada para
producir la turbulencia necesaria.Tiene menor consumo de gasoil y mejor arranque en
frío para relaciones de compresión superiores a 15 sin necesidad de precalentador
2.1.11.-INYECCIÓN INDIRECTA:
PRECOMBUSTIÓN
El pistón encierra en la carrera de compresión el aire en la antecámara, donde se inyeccta el
gasoil que se quema parcialmente, para durante la expansión producida se expulsa el resto
del combustible sin inflamar por el atomizador para finalizar su combustión en el interior
del cilindro.
2.1.12.-CÁMARA DE TURBULENCIA
Es una evolución de la anterior en la que casí todo el aire pasa a una antecámara para
generar la turbulencia.
2.2.1.- REACTIVOS
Son las sustancias que ingresan a la combustión, con el combustible y el comburente
2.2.2.-PRODUCTOS
2.2.3.-COMBUSTIBLE: es la sustancia reductora de la combustión. Los empleados en los
motores de combustión interna son hidrocarburos derivados del petróleo Los hidrocarburos
están formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. La reacción de
combustión de una molécula de combustible requiere de varias moléculas de oxígeno, en
función del número de carbonos e hidrógenos de que esté compuesta. Tomemos como
ejemplo la molécula de octeno:
C8H
16 + 12O
2 → 8CO
2 + 8H
2O
Cada dos hidrógenos que haya en el combustible, requieren un átomo de oxígeno, para
formar una molécula de agua; y cada carbono requiere dos átomos de oxígeno, para formar
una molécula de dióxido de carbono. Esta es la configuración de una combustión completa
o estequiométrica, en la que todo el O2 se utiliza para oxidar todo el combustible.
λ define la relación entre la masa de aire y la masa de combustible de una mezcla
λR representa la relación entre la λ de la mezcla y la λ estequiométrica.
λR > 1 indica que la mezcla es pobre, con exceso de aire
λR < 1 indica que la mezcla es rica
Se denomina así a los elementos o sustancias que arden con facilidad, en presencia del
oxígeno. Ejemplo; hidrogeno, carbón, petróleo, gas, leña, bagazo, etc.
2.2.4.-GASOIL O PETRÓLEO
Es el combustible empleado en los motores diesel, se trata de un producto más denso que la
gasolina y tiene algo más de poder calorífico.El grado de autoinflamación del gasoil se
mide por el Número de de cetano que conviene que se encuentre entre 40 y 70 Su curva de
destilación se encuentra entre los 260 y 370°C Bajo contenido en azufre Debe permitir una
correcta combustión, protegiendo el sistema de inyección y de alimentación, además de
evitar la corrosión de las diferentes partes del motor.El petróleo es un líquido aceitoso,
viscoso e inflamable, constituido por una mezcla de hidrocarburos, que, de forma natural,
se encuentra en determinadas formaciones geológicas.La teoría más aceptada sobre su
formación afirma que es el producto de la degradación, a través de grandes presiones y
temperaturas, de materia orgánica procedente de restos de animales y plantas. El petróleo es
una mezcla de hidrocarburos líquido en los que están disueltos otros hidrocarburos se
encuentran alcanos, lineales y ramificados, de hasta C40, acompañados de cierta cantidad de
cicloalcanos e hidrocarburos aromáticos. Los hidrocarburos están formados por carbono,
hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. La composición media del petróleo sería 85%C,
12%H y 3% S+O+N, además de varios elementos metálicos. La composición de los crudos
varía dependiendo del lugar donde se han formado. Las diferencias entre unos y otros se
deben, a las distintas proporciones de las diferentes fracciones de hidrocarburos, y a la
variación en la concentración de azufre, nitrógeno y metales. Es un líquido aceitoso,
menos denso que el agua, de color oscuro y olor fuerte, que se encuentra formando
manantiales en el interior de la tierra. Esta sustancia proviene de la fosilización de
animales y vegetales entre las rocas sedimentarias principalmente en los mares sumergidos,
formando los hidrocarburos.
El petróleo pues viene a ser una mezcla de hidrocarburos, cuya fórmula es de la forma
cxhy, y que pueden ser saturados, no saturados, parafinicos, etilenicos, bencénicos. Cada
uno de ellos se puede obtener o separar por el proceso de destilación en el que los
hidrocarburos más volátiles vaporizan primero al calentar una muestra de petróleo. Con
frecuencia el petróleo viene mezclando con azufre, nitrógeno, oxigeno, agua y ceniza; en
proporciones pequeñas. De ellos el más nocivo es el azufre. Como fuente de energía, el
petróleo cubre algo más del 50 % de la energía que se consume en el mundo. En el Perú, el
32% de la energía consumida proviene del petróleo, el 13 % del gas y el carbón, y el 54 %
de centrales hidroeléctricas. Los hidrocarburos pueden obtenerse por procedimientos
sintéticos, pero su obtención es complicada y su costo es mayor que el que se extrae de
yacimientos.
2.2.5.-NÚMERO DE CETANO:
Representa un índice de la capacidad de inflamación del combustible. Se define como el
porcentaje en volumen de cetano (una parafina a la que se asigna grado 100) en una mezcla
con alfa-metilnaftalina que ofrece el mismo retraso de encendido que el combustible en
cuestión. Cuanto más alto sea el número de cetano, más bajo es el retraso de encendido, lo
que beneficia el rendimiento del motor.
2.2.6.-ANÁLISIS DE COMBUSTIBLE.
Se especifica de dos maneras:
a.- análisis gravimétrico o análisis elemental, que específica los porcentajes en la masa de
los elementos químicos de los combustibles
b.- análisis volumétrico, que especifica los porcentajes en volumen o en moles de los
compuestos que integran el combustible. Generalmente utilizados para combustibles
gaseosos.
2.3.1.-COMBURENTE:
es la sustancia oxidante de la combustión. En el motor de combustión interna es el oxígeno
del aire que se encuentra en una proporción del 21% frente al 79% de nitrógeno.Es la
sustancia que provoca la combustión o la activa. Ejemplo: oxigeno.
Para que se inicie o se realice una combustión se requiere de:
a) combustible.
b) comburente.
c) la temperatura necesaria para que se inicie la combustión.
2.3.2.-EL AIRE ATMOSFÉRICO – COMPOSICIÓN
El aire atmosférico es una mezcla de oxígeno, nitrógeno, argón, bióxido de carbono, neón,
hidrogeno, helio y vapor de agua (este último en proporciones que varían con las
condiciones atmosféricas). La composición volumétrica promedio es la siguiente:
Nitrógeno : 78 %
Oxigeno : 21 %
Otros gases : 1 %
En las aplicaciones prácticas, es suficiente considerar al aire compuesto por 79 % de
nitrógeno y 21 % de oxígeno en volumen. La composición gravimétrica puede
Considerarse en 77 % de nitrógeno 23 % de oxígeno. En los cálculos relacionados con la
combustión con aire, es muy útil considerar lo siguiente:
a) 100 kmoles de aire contienen 21 kmoles de oxígeno y 79 kmoles de nitrógeno, por
lo tanto, en la combustión:
Por cada kmol de o2 ingresan 79/21=3.76kmol de n2 y, por cada kmol de o2 ingresan
100/21=4.76kmol de aire.
Por tratarse de gases ideales, las relaciones anteriores son equivalentes si utilizamos
volúmenes, entonces.
Por cada m3 de o2 ingresan 3.76 m3 den2 y por cada m3 de o2 ingresan 4.76m3 de aire
b) 100 kg de aire contienen 23 kg de oxígeno y 77 kg de nitrógeno, por lo tanto, en la
combustión:
Por cada kg. De o2 ingresan 77/23 = 3.35 kg de n2 y por cada kg de o2 ingresan 100/23=
4.35 kg de aire.
La composición del aire es invariable hasta una altura promedio de 20 km sobre el nivel
del mar. A partir de dicha altura, la proporción de oxigeno disminuye en un 0.3% por cada
km. de altura
2.3.3.-AIRE ESTEQUIOMÉTRICO
Se le denomina también aire teórico (at). Es la cantidad de aire que proporciona el oxígeno
estrictamente necesario para la combustión completa.
2.3.4.-ECUACIÓN DE REACCIÓN
Es la expresión cuantitativa de las sustancias que intervienen en la reacción
C+O2=CO2
2.3.4.-MEZCLA ESTEQUIOMÉTRICO.
Es aquella que contiene las proporciones de aire y combustible mínimos necesarios para la
combustión completa.
En otros términos, es la que contiene el aire estequiométrico.
El que una mezcla sea estequiometria, no indica que la combustión sea necesariamente
completa.
2.3.5.-RELACIÓN AIRE-COMBUSTIBLE
Es el cociente entre la masa de aire y la masa de combustible utilizados en la combustión.
Y a / c=mamc
2.3.6.-RELACIÓN COMBUSTIBLE – AIRE
Es el cociente entre la masa de combustible y la masa de aire utilizando en la combustión
Y a / c=mamc
=1ra/ c
2.3.7.-COMBUSTIBLE IDEAL CON OXÍGENO.
Consideremos la combustión de los principales elementos combustibles.
a) combustión del carbono.
C+O2= CO2
b) combustión del hidrogeno.
2H2+O2=2H2O
c) combustión del azufre
S+O2=SO2
En las ecuaciones de reacción para el c, h2 y s, presentamos un balance de materiales,
expresando en moles, masa y volumen. En general el número de moles de los productos no
es igual al número de moles de los reactivos, puesto que este es proporcional al número
molecular, el cual varía con la reacción. El volumen de los reactivos. Medido a
condiciones normales de presión y temperatura, no es igual al volumen de pro productos, a
las mismas condiciones. Sin embargo, la masa de los productos debe ser igual a la masa de
los reactivos
2.3.8.-COMBUSTIBLE IDEAL CON EXCESO DE AIRE.
Si en la combustión se utilizara únicamente la cantidad de aire, el combustible no se
quemara completamente, pues algunas moléculas del combustible no se encuentran con el
oxígeno. Para la oxidación completa del combustible, se necesitara exceso de aire.
Para las reacciones con exceso de aire se define:
2.3.9.-AIRE REAL (AR ).- es la cantidad de aire que ingresa a un proceso de combustible.
2.3.9.1.-EXCESO DE AIRE (EX).- se define por:
l x=ar−atat
x 100
2.3.10.-PORCENTAJE DE AIRE TEÓRICO.- se define por:
%at=arat
x 100
2.3.11.-MEZCLA RICA.- es la que contiene una cantidad de aire menor que la
estequiometria (aire en defecto)
2.3.12.-MEZCLA POBRE.- es la que contiene una cantidad de aire mayor que la
estequiometria (aire en exceso)
cuando decimos que en una combustión se está utilizando 180% de aire teórico, se está
utilizando 80% de exceso de aire, si la mezcla fuera estequiometria, se estaría utilizando
100% de aire teórico, si él % de aire teórico utilizado es menos del 100%, se trata de una
mezcla rica es decir, con deficiencia de aire. Si la combustión es completa, el oxígeno en
exceso, aparecerá en los productos y la ecuación de la reacción tendrá la siguiente forma
2.4.1.-COMBUSTIÓN DE MOTORES DIESEL
La combustión es una reacción química en lo que un elemento combustible se combina con
otro combustible (generalmente oxígeno en forma de o2), desprendiendo calor y
produciendo un oxido; la combustión es una reacción exotérmica debido a que se
descomposición en los elementos libera:
Calor al quemar
Luz al arder.
Reacción química exotérmica, de oxidación – reducción entre dos o más sustancias,
combustible y comburente, que se realiza a gran velocidad.Es la combinación rápida de un
material con el oxígeno, acompañada de un gran desprendimiento de energía térmica y energía
luminosa. Los tipos más frecuentes de combustible son los materiales orgánicos que contienen
carbono e hidrogeno. El producto de esas reacciones puede incluir monóxido de carbón CO,
dióxido de carbono co2, agua h2o y cenizas.
2.4.2.-COMBUSTIÓN REAL.
En la práctica se nos presentan procesos de combustión que no son ideales ni completas, es
decir, serán incompletas a pesar de tener aire en exceso.
La combustión real resulta incompleta, tanto cuando se utiliza aire teórico como se utiliza
exceso de aire.
Con el exceso de aire logramos que se forma la menor cantidad posible de co en la
combustión, en muchos casos puede considerarse despreciable. El exceso de aire a utilizar
depende de cada caso. En motores de combustión interna, por ejemplo, el exceso de aire en
reducido para alcanzar la mejor eficiencia, en cambio, en turbinas a gas se requiere de un
gran exceso de aire para mantener la temperatura de los productos lo suficientemente baja
para que no se malogre la máquina. Otra parte, utilizar una gran exceso de aire tiene la
desventaja de que se pierde cada vez más energía en los productos, que se descargan al
ambiente exterior.
Cuando el aire utilizado en la combustión es deficiente (menor que el teórico), la
combustión es necesariamente incompleta.
2.4.3.-COMBUSTIÓN CON DEFICIENCIA DE AIRE
En estos procesos el carbono reacciona formato CO Y CO2 en proporciones que dependen
de la deficiencia de aire y se determinan balanceando la ecuación de reacción.
La deficiencia de aire puede ser tanta que puede quedar combustible sin quemar durante la
reacción, el cual aparecerá en los productos. Este tipo de combustible se da en la práctica,
por ejemplo, en los motores de combustión interna, cuando se quema mezcla rica.
2.4.4.-IMPORTANTE QUE LA COMBUSTIÓN SEA COMPLETA
La combustión es un proceso que se realiza para utilizar la energía química liberada tanto
por la reacción del h2 hacia el h2o, como por la reacción del c hacia co2. El h2 por su gran
afinidad con el o2 reacciona totalmente hacia h2o; en cambio, el c reacciona hacia CO 2 Y
CO.
Cuando un kmol de reacciona totalmente hacia co2. Liquida 3.5 veces más energía que
cuando el kmol de c reacciona totalmente hacia CO.
Esto justifica la tendencia a reducir al mínimo la formación del CO para lograr la
combustión completa.
2.4.5.-COMBUSTIÓN REAL CON EXCESO DE AIRE.
La ecuación de la reacción es de la forma:
CXHY + b [O2 + 3.76 H2] iCO2+jCO+eH2O+fN2+hO2
Los coeficientes i. j, e, f y g deben ser determinados para la combustión real a partir de la
información que se obtiene, por algunos de los métodos para el análisis de los productos.
2.4.6.-INICIO DE LA COMBUSTIÓN
Las reacciones normalmente se van a provocar por el choque de dos moléculas.La
descomposición de la molécula de hidrocarburo es algo gradual, y el proceso está
controlado por la presencia de unas moléculas y átomos que tienen una actividad mucho
más alta que las moléculas de oxígeno, y que a la postre van a ser los que realmente
ataquen al hidrocarburo. Éstos son los radicales libres, que son iones de oxígeno (O), iones
de hidrógeno (H) y radicales hidroxilo (OH).La reacción de combustión está controlada
principalmente por la cantidad de radicales que haya en la mezcla. Éstos radiacles se
empiezan a formar por choques de combustible y oxígeno. Al principio, se generan pocos
radicales, pero al aumentar mucho su concentración (por alta presión y/o temperatura)
comienzan las reacciones de ramificación, y con ello una reacción en cadena que acabqa
descomponiendo todo el combustible, y liberando la energía Realmente, las reacciones en
las que intervienen los radicales, bien como productos o como reactantes, y que al final son
las que provocan la ignición de la mezcla
2.4.7.-PROCESO DE COMBUSTIÓN.-Antes de entrar ala análisis del proceso de
combustión. Es necesario familiarizarse con algunos conceptos y definiciones básicos.
2.4.8.-COMBUSTION IDEAL.- Es la reacción que queda definida por una simple
ecuación química equilibrada .se le denomina también combustión teórica
2.4.9.-COMBUSTION COMPLETA.-Es la combustión en cuyos productos no se
encuentra CO (monóxido de carbono). En este caso el carbono del combustible se oxida
totalmente para formar co2.
Cx Hy+O2 Co2 + H2o
2.4.10.-COMBUSTIÓN INCOMPLETA.-Es aquella en cuyos productos se encuentra
CO, en estos procesos, el carbono reacciona formando co y co2 en proporciones
desconocidas, que dependen de la cantidad de oxigeno utilizando y del procedimiento
empleado para mezclar el combustible con el aire. La temperatura influye también, pues si
es muy alta puede haber disociación.
2.4.11.-FASES DE LA COMBUSTIÓN
La reacción no siempre se cumple en su totalidad, y tampoco es instantánea, sino que
consta de varias reacciones intermedias que ayudan a completar el proceso.
C8H16 + 4O2 → 8CO + 8H2
8H2 + 4O2 → 8H2O
8CO + 4O2 → 8CO2
Aunque las dos últimas reacciones se produzcan en paralelo, la de oxidación del H2 es más
rápida que la del CO por lo que con mezclas ricas aumenta la emisión de CO ya que no
queda oxígeno con el que reaccionar.
2.4.12.-COMBUSTIÓN DE AIRE.-Los procesos de combustión en la práctica no se
realizan con oxígeno puro, sino que se utiliza el aire atmosférico que contiene oxígeno.
La combustión con oxígeno puro es reserva para los ensayos de laboratorios. Ejemplo:
determinación del poder calorífico de un combustible.
2.4.13.-COMBUSTIÓN IDEAL CON AIRE.-Para la combustión ideal con aire
consideramos que el h2 se oxida hasta formar h2o y el c se oxida hasta formar co2. si
existiera azufre, este se oxida hasta formar so2 (puede reaccionar también hasta formar so2,
el cual en presencia del h2c líquido, dará ácido sulfúrico, compuesto altamente corrosivo)
Sea la combustión de un hidrocarburo de la forma cxhy, la ecuación de la reacción será de
la forma:
CxHy + bO2 + cN2 d CO2+eH2O + f N2
CxHy + b[O2+c/bN2] dCO2 + e H2O + f N2
Ejemplo: combustión del propano (c3h8) con aire estequiométrico:
C3H8+b [O2+3.76N2] d CO2 + e H2O + f N2
Balance del carbono : d = 3
Balance del hidrógeno : e = 4
Balance del oxígeno : 2b = 2 x 3 + =10
: b = 5
La ecuación de reacción será:
C3h8 + 5 [O2 + 3.76 N2] 3 Co2 + 4 H2o + 18.8 N2
combus. aire
Para esta combustión se ha utilizado 1 kmol de combustible. Verifíquese el balance de
materiales:
reactivos productos
combustible O2 N2 total componente Total.
moles 1 5 18.8 24.6 3+4+18.8 25.8
masa (kg) 44 160 526.4 730.4 132+72+526.4 730.4
Relación aire- combustible estequiometria:
¿
2.5.1.-FUNDAMENTO DE LOS TURBOCOMPRESORES:
para llevar a cabo la combustión completa de los hidrocarburos del combustible, es
necesario aportar la cantidad suficiente de oxígeno, el cual no está en cantidad mayoritaria
en el aire.
cuanto más aire y combustible seamos capaces de introducir en los cilindros del motor,
mayor será la potencia que se podrá obtener, pero mayor será la masa de aire necesaria para
quemarlo; de esta necesidad surge la idea de los motores sobrealimentados. La carga fresca
entra al cilindro a una presión muchísimo mayor a la presión de entrada del compresor, y
por tanto la temperatura de entrada será igualmente alta.
la sobrealimentación consiste en establecer a la entrada de los cilindros del motor una
atmósfera de aire con una densidad superior a la normal de forma que para un mismo
volumen de aire, la masa de ese aire es mayor; para ello se utilizan una serie de accesorios
que serán diferentes según el tipo de sobrealimentador que se utilice.
El turbocompresor o turboalimentador es básicamente un compresor accionado por los
gases de escape, cuya misión fundamental es presionar el aire de admisión, para de este
modo incrementar la cantidad que entra en los cilindros del motor en la carrera de
admisión, permitiendo que se queme eficazmente más cantidad de combustible. De este
modo, el par motor y la potencia final pueden incrementarse hasta un 35%, gracias a la
acción del turbocompresor.
Este dispositivo ha sido proyectado para aumentar la eficiencia total del motor. la energía
para el accionamiento del turbocompresor se extrae de la energía desperdiciada en el gas de
escape del motor, está compuesto de una rueda de turbina y eje, una rueda de compresor, un
alojamiento central que sirve para sostener el conjunto rotatorio, cojinetes, un alojamiento
de turbina y un alojamiento de compresor.
2.5.2.-FUNCIONAMIENTO DE UN TURBOCOMPRESOR
Tanto los álabes de la turbina como los del compresor giran dentro de unas carcasas que en
su interior tienen unos conductos de formas especiales para mejorar la circulación de los
gases. El eje común central gira apoyado sobre cojinetes situados entre compresor y
turbina, y también está recubierto por una carcasa.
El eje y los cojinetes reciben del propio motor lubricación forzada de aceite, que llega a la
parte superior del cuerpo de cojinetes, se distribuye a través de conductos en el interior y
desciende a la parte inferior. En otras palabras el turbo utiliza el lubricante del mismo carter
del motor.
En el cuerpo del compresor, el aire entra por el centro de la carcasa dirigido directamente al
rodete de álabes, que le dan un giro de 90° y lo impulsan hacia el difusor a través de un
paso estrecho que queda entre la tapa, el cuerpo central y la pared interna del difusor. Este
es un pasaje circular formado en la carcasa, que hace dar una vuelta completa al aire
comprimido para que salga tangencialmente hacia el colector de admisión.
En el cuerpo de la turbina, los gases de escape entran tangencialmente y circulan por un
pasaje de sección circular que se va estrechando progresivamente y los dirige hacia el
centro, donde está situado el rodete de álabes de la turbina. al chocar contra los álabes, los
gases hacen girar la turbina, cambian de dirección 90° y salen perpendicularmente por el
centro hacia el tubo de escape.
El cuerpo de la turbina es de fundición, o de fundición con aleación de níquel, y el rodete
se suele fabricar en aleaciones de níquel, de alta resistencia al calor.
Tanto los alabes de la turbina como los del compresor girando entro de una carcasa que en
su interior tienen unos conductos de formas especiales para mejorar la circulación de
los gases. El eje común gira apoyados sobre cojinetes situados entre compresor y turbinas,
y también está recubierto por una carcasa.
El eje y los cojinetes reciben del propio motor lubricación forzada de aceite, que llega en
la parte superior del cuerpo de cojinetes, se distribuye a través de conductos en el interior
y desciende a la parte inferior. En otras palabras el turbo utiliza un lubricante del mismo
cárter del motor.en el cuerpo del compresor, el aire entra por el centro de la carcasa
dirigido directamente al rodete de alabes, que le dan un giro de 90° y lo impulsan hacia el
difusor a través de un paso estrecho que queda entre la tapa , el cuerpo central y la pared
interna del difusor , este es un pasaje circular formado en la carcasa , que hace dar una
vuelta completa al aire comprimido para que salga tangencialmente hacia el colector de
admisión. en el cuerpo de la turbina , los gases de escape entran tangencialmente y
circulan por un pasaje de sección circular que se va estrechando progresivamente y los
dirige hacia el centro, donde está situado el rodete de alabes de la turbina . Al chocar
contra los alabes, los gases hacen girar la turbina, cambian la dirección de 90° y salen
perpendicularmente por el centro hacia el tubo de escape. El cuerpo de la turbina es de
fundición, o de fundición de aleación de níquel, y el rodete suele fabricar en aleaciones de
níquel, de alta resistencia al calor.
2.5.3.-COMPONENTES DE UN TURBOCOMPRESOR
El turbocompresor podría definirse como un “aparato soplador” o compresor de aire
movido por una turbina. Se puede considerar que está formado por tres cuerpos: el de la
turbina, el de los cojinetes o central y el del compresor, van acoplados a ambos lados de los
cojinetes.
Así, en uno de los lados del eje central del turbo van acoplados los álabes de la turbina, y en
el otro extremo los álabes del compresor. Los gases de escape, al salir con velocidad hacen
que giren los álabes de la turbina a elevadas velocidades, y ésta, a través del eje central,
hace girar el compresor que, a su vez, impulsa el aire a presión hacia las cámaras de
combustión.
2.5.4.-SISTEMA DE REFRIGERACIÓN O INTERCOOLER
El problema del aumento del calor es consecuencia de la alta temperatura que se alcanza en
la cámara de combustión, del orden de los 3 000º c en el momento de la explosión.
Los gases de escape salen por los colectores con temperaturas cercanas a los 1 000º c. estos
gases, que son los que mueven la turbina, acaban calentando los de admisión, movidos por
el compresor, muy por encima del valor de temperatura ambiente.
Esto se traduce en una dilatación del aire y pérdida de oxígeno en una misma unidad de
volumen, lo que hace que el excesivo calor de la mezcla en la cámara de combustión eleve
la temperatura de funcionamiento del motor, por lo que la refrigeración tradicional del
mismo resulta insuficiente.
2.5.5.-SISTEMA DE REFRIGERACIÓN O INTERCOOLER
El problema del aumento del calor es consecuencia de la alta temperatura que se alcanza
en la cámara de combustión l del orden de los 30000° c en el momento de la explosión.
Los gases de escape salen por lo colectores con temperaturas cercanas a los 1000°c.
Estos gases, que son los que mueven la turbina, acaban calentando los de admisión,
movidos por el compresor, muy por encima por el valor del ambiente.
esto se traduce en una dilatación del aire y perdida de oxígeno en una misma unidad de
volumen, lo que se hace el excesivo calor de la mescla en la cámara de combustión eleve
la temperatura de funcionamiento del motor, por lo que la refrigeración tradicional del
mismo resulta insuficiente .Como el régimen de giro del turbo depende de los gases de
escape, y estos a su vez, del volumen de gas quemado, el turbo aumenta su presión de
admisión solo cuando los gases quemados son abundantes, y son abundantes solo cuando
son recibidos en las cámaras de combustión en suficiente cantidad. Es un problema de
acoplamiento que se produce a bajas vueltas del motor y que determina una lentitud de
respuesta del turbo, problema que se agrava además ante la necesidad de una baja relación
de comprensión por las causas antes explicadas.
Este es un fenómeno que se está investigando y cuya solución pasa por un turbo que se
mueve al compás del régimen de giro del motor, que tenga muy poca inercia y sea de
tamaño reducido; además de ser muy sensible al paso de los gases, acelerando y
desacelerando con gran rapidez.
Otra solución, que ya comienza a desarrollarse, es la creación de turbinas con alabes de
inclinación variable, pero al fin y al cabo son soluciones que aún no se han implantado en
serie debido a los altos costos de producción.
2.5.6.-TURBOCOMPRESOR REFRIGERADO POR AGUA
la solución llaga a la adopción de un sistema de refrigeración de aire de admisión , por
medio de un radiador enfriador aire conocido también como “ intercooler ”.esta
refrigeración del aire de admisión hace posible el uso continuado del turbo y dificulta
enormemente la presencia de los efectos de detonación que se presentan con gran
frecuencia con el aire caliente , en cuanto los valores de sobre presión son importantes
Como el régimen de giro del turbo depende de los gases de escape, estos a su vez, del
volumen del gas quemado.
La solución llega con la adopción de un sistema de refrigeración del aire de admisión, por
medio de un radiador enfriador aire-aire, conocido también como “intercooler”. Esta
refrigeración del aire de admisión hace posible el uso continuado del turbo y dificulta
enormemente la presencia de los efectos de detonación que se presentan con gran
frecuencia con el aire caliente, en cuanto los valores de sobrepresión son importantes.Como
el régimen de giro del turbo depende de los gases de escape, y éstos a su vez, del volumen
de gas quemado, el turbo aumenta su presión de admisión sólo cuando los gases quemados
son abundantes, y son abundantes sólo cuando son recibidos en las cámaras de combustión
en suficiente cantidad.
Es un problema de acoplamiento que se produce a bajas vueltas del motor y que determina
una lentitud de respuesta del turbo, problema que se agrava además ante la necesidad de
una baja relación de compresión por las causas antes explicadas.Este es un fenómeno que
se está investigando y cuya solución pasa por un turbo que se mueva al compás del régimen
de giro del motor, que tenga muy poca inercia y sea de tamaño reducido; además de ser
muy sensible al paso de los gases, acelerando y desacelerando con gran rapidez. Otra
solución, que ya comienza a desarrollarse, es la creación de turbinas con álabes de
inclinación variable, pero al fin y al cabo son soluciones que aún no se han implantado en
serie debido a los altos costos de producción.
2.5.7.-TURBO DE GEOMETRÍA VARIABLE
Los turbos convencionales tienen el inconveniente que a bajas revoluciones del motor el
rodete de la turbina apenas es impulsada por los gases de escape, por lo que el motor se
comporta como si fuera atmosférico. Una solución para esto es utilizar un turbo pequeño de
bajo soplado que empiece a comprimir el aire aspirado por el motor desde muy bajas
revoluciones, pero esto tiene un inconveniente, y es que a altas revoluciones del motor el
turbo de bajo soplado no tiene capacidad suficiente para comprimir todo el aire que necesita
el motor, por lo tanto, la potencia que ganamos a bajas revoluciones la perdemos a altas
revoluciones. Para corregir este inconveniente se ha buscado la solución de dotar a una
misma maquina soplante la capacidad de comprimir el aire con eficacia tanto a bajas
revoluciones como a altas, para ello se han desarrollado los turbo compresores de
geometría variable .
Funcionamiento del el turbo VTG (geometría variable) se diferencia del turbo
convencional en la utilización de un plato o corona en el que van montados unos alabes
móviles que pueden ser orientados (todos a la vez) un ángulo determinado mediante un
mecanismo de varilla y palancas empujados por una cápsula neumática parecida a la que
usa la válvula wastegate
Para conseguir la máxima compresión del aire a bajas r.p.m. deben cerrarse los alabes ya
que disminuyendo la sección entre ellos, aumenta la velocidad de los gases de escape que
inciden con mayor fuerza sobre las paletas del rodete de la turbina (menor sección = mayor
velocidad).
Cuando el motor aumenta de rpm y aumenta la presión de soplado en el colector de
admisión, la cápsula neumática lo detecta a través de un tubo conectado directamente al
colector de admisión y lo transforma en un movimiento que empuja el sistema de mando de
los alabes para que estos se muevan a una posición de apertura que hace disminuir la
velocidad de los gases de escape que inciden sobre la turbina (mayor sección=menor
velocidad).
Los alabes van insertados sobre una corona (según se ve en el dibujo), pudiendo regularse
el vástago roscado de unión a la cápsula neumática para que los alabes abran antes o
después.
Si los alabes están en apertura máxima, indica que hay una avería ya que la máxima
inclinación la adaptan para la función de emergencia.
2.5.8.-LAS POSICIONES FUNDAMENTALES QUE PUEDEN ADOPTAR LOS
ALABES SE DESCRIBEN ENEL SIGUIENTE GRÁFICO:
2.5.8.1.-EN LA FIGURA DE LA IZQUIERDA: vemos como los alabes adoptan una
posición cerrada que apenas deja espacio para el paso de los gases de escape. Esta posición
la adopta el turbo cuando el motor gira a bajas revoluciones y la velocidad de los gases de
escape es baja. Con ello se consigue acelerar la velocidad de los gases de escape, al pasar
por el estrecho espacio que queda entre los alabes, que hace incidir con mayor fuerza los
gases sobre la turbina. También adoptan los alabes esta posición cuando se exige al motor
las máximas prestaciones partiendo de una velocidad baja o relativamente baja, lo que
provoca que el motor pueda acelerar de una forma tan rápida como el conductor le exige,
por ejemplo en un adelantamiento o una aceleración brusca del automóvil.
2.5.8.2.-EN LA FIGURA DEL CENTRO: los alabes toman una posición más abierta que
se corresponde a un funcionamiento del motor con un régimen de revoluciones medio y
marcha normal, en este caso el turbo VTG se comportaría como un turbo convencional. Las
paletas adoptan una posición intermedia que no interfieren en el paso de los gases de escape
que inciden sin variar su velocidad sobre la turbina.
2.5.8.3.-EN LA FIGURA DE LA DERECHA: los alabes adoptan una posición muy
abierta debido a que el motor gira a muchas revoluciones, los gases de escape entran a
mucha velocidad en el turbo haciendo girar la turbina muy deprisa. La posición muy abierta
de los alabes hacen de freno a los gases de escape por lo que se limita la velocidad de la
turbina. En este caso, la posición de los alabes hacen la función que realizaba la válvula
wastegate en los turbos convencionales, es decir, la de limitar la velocidad de la turbina
cuando el motor gira a altas revoluciones y hay una presión muy alta en el colector de
admisión, esto explica porque los turbos VTG no tienen válvula wastegate.
Si los alabes están en apertura máxima, indica que hay una avería ya que la máxima
inclinación la adoptan para la función de emergencia. el funcionamiento que hemos visto
para el turbo VTG es teórico ya que el control de la cápsula manométrica lo mismo que en
los turbos convencionales más modernos, se hace mediante una gestión electrónica que se
encarga de regular la presión que llega a la cápsula manométrica en los turbos VTG y a la
válvula wastegate en los turbos convencionales, en todos los márgenes de funcionamiento
del motor y teniendo en cuenta otros factores como son la temperatura del aire de admisión,
la presión atmosférica (altitud sobre el nivel del mar) y las exigencias del conductor. Las
ventajas del turbocompresor VTG vienen dadas por que se consigue un funcionamiento
más progresivo del motor sobrealimentado. A diferencia de los primeros motores dotados
con turbocompresor convencional donde había un gran salto de potencia de bajas
revoluciones a altas, el comportamiento ha dejado de ser brusco para conseguir una curva
de potencia muy progresiva con gran cantidad de par desde muy pocas vueltas y mantenido
durante una amplia zona del nº de revoluciones del motor. El inconveniente que presenta
este sistema es su mayor complejidad, y por tanto, precio con respecto a un turbocompresor
convencional. Así como el sistema de engrase que necesita usar aceites de mayor calidad y
cambios más frecuentes. Hasta ahora, el turbocompresor VTG sólo se puede utilizar en
motores diesel, ya que en los de gasolina la temperatura de los gases de escape es
demasiado alta (200 - 300 ºc más alta) para admitir sistemas como éstos.
2.5.9.-GESTIÓN ELECTRÓNICA DE LA PRESIÓN DEL TURBO
con la utilización de la gestión electrónica tanto en los motores de gasolina como en los
diesel, la regulación del control de la presión del turbo ya no se deja en manos de una
válvula de accionamiento mecánico como es la válvula wastegate, que está sometida a altas
temperaturas y sus componentes como son: el muelle y la membrana; sufren deformaciones
y desgastes que influyen en un mal control de la presión del turbo, además que no tienen en
cuenta factores tan importantes para el buen funcionamiento del motor como son la altitud
y la temperatura ambiente. Para describir cómo funciona un sistema de regulación de la
presión turbo, tenemos un esquema que pertenece a un motor diesel (1.9 tdi de
volkswagen.) en el que se ven todos los elementos que intervienen en el control de la
presión del turbo. la gestión electrónica diesel (edc electrónica diesel control) interpone una
electroválvula de control de la presión (3) entre el colector de admisión y la válvula
wastegate (4) que controla en todo momento la presión que llega a la válvula wastegate.
Como se ve el circuito de control de la presión del turbo es similar a un circuito de control
convencional con la única diferencia de la incorporación de la electroválvula de control (3).
2.5.10.-LAS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE ESTE SISTEMA SON:
- permite sobrepasar el valor máximo de la presión del turbo.
- tiene corte de inyección a altas revoluciones.
- proporciona una buena respuesta al acelerador en todo el margen de revoluciones.
- la velocidad del turbocompresor puede subir hasta las 110.000 r.p.m...
la electroválvula de control: se comporta como una llave de paso que deja pasar más o
menos presión hacia la válvula wastegate. esta comandada por la ecu (unidad de control)
que mediante impulsos eléctricos provoca su apertura o cierre. cuando el motor gira a bajas
y medias revoluciones, la electroválvula de control deja pasar la presión que hay en el
colector de admisión por su entrada (1) a la salida (2) directamente hacia la válvula
wastegate, cuya membrana es empujada para provocar su apertura, pero esto no se
producirá hasta que la presión de soplado del turbo sea suficiente para vencer la fuerza del
muelle. Cuando las revoluciones del motor son altas la presión que le llega a la válvula
wastegate es muy alta, suficiente para vencer la fuerza de su muelle y abrir la válvula para
derivar los gases de escape por el bypass (baja la presión de soplado del turbo). cuando la
ecu considera que la presión en el colector de admisión puede sobrepasar los márgenes de
funcionamiento normales, bien por circular en altitud, alta temperatura ambiente o por una
solicitud del conductor de altas prestaciones (aceleraciones fuertes), sin que esto ponga en
riesgo el buen funcionamiento del motor, la ecu puede modificar el valor de la presión
turbo que llega a la válvula wastegate, cortando el paso de la presión mediante la
electroválvula de control, cerrando el paso (1) y abriendo el paso (2) al (3), poniendo así en
contacto la válvula wastagate con la presión atmosférica que la mantendrá cerrada y así se
aumenta la presión de soplado del turbo.
Para que quede claro, lo que hace la electroválvula de control en su funcionamiento, es
engañar a la válvula wastegate desviando parte de la presión del turbo para que esta no
actué.
La electroválvula de control es gobernada por la ecu (unidad de control), conectando a
masa uno de sus terminales eléctricos con una frecuencia fija, donde la amplitud de la señal
determina cuando debe abrir la válvula para aumentar la presión de soplado del turbo en el
colector de admisión.
La ecu para calcular cuando debe abrir o cerrar la electroválvula de control tiene en cuenta
la presión en el colector de admisión por medio del sensor de presión turbo que viene
incorporado en la misma ecu y que recibe la presión a través de un tubo (7) conectado al
colector de admisión. También tiene en cuenta la temperatura del aire en el colector de
admisión por medio de un sensor de temperatura (6), el nº de r.p.m del motor y la altitud
por medio de un sensor que a veces está incorporado en la misma ecu y otras fuera
En el siguiente esquema tenemos el circuito de admisión y escape de un motor diesel de
inyección directa (tdi) que utiliza un turbocompresor de geometría variable (vtg). Como se
ve en el esquema ya no aparece la válvula de descarga o wastegate, sin embargo la
electroválvula de control de la presión turbo (3) si esta y de ella sale un tubo que va
directamente al turbocompresor. Aunque no se ve dónde va en concreto el tubo, está
conectado a la cápsula neumática o actuador (nº 8 en el primer dibujo). El funcionamiento
del control de la presión del turbo es muy similar al estudiado anteriormente. la diferencia
es que la válvula wastegate se sustituye por la cápsula neumática, ambas tienen un
funcionamiento parecido mientras una abre o cierra una válvula, la otra mueve un
mecanismo de accionamiento de alabes.
En este caso el sensor de altitud esta fuera del ecu (unidad de control).
2.5.11.-OTRA FORMA DE CONTROLAR LA PRESIÓN DE SOPLADO DEL TURBO:
Hasta ahora hemos visto como se usaba la presión reinante en el colector de admisión para
actuar sobre la válvula wastegate de los turbos convencionales y en la cápsula neumática en
los turbos de geometría variable.
hay otro sistema de control de la presión del turbo (figura de la derecha) que utiliza una
bomba de vacío eléctrica (2) que genera una depresión o vacío que actúa sobre la válvula
wastegate (3) a través de la electroválvula de control o actuador de presión de
sobrealimentación (1).
En la figura de abajo vemos el esquema de admisión, escape y alimentación de un motor
diesel common rail, así como su gestión electrónica. El turbo va dispuesto de forma similar
a lo visto anteriormente (no está el intercooler), pero no se ve ningún tubo que lleve la
presión reinante en el colector de admisión hacia la válvula wastegate a través de la
electroválvula de control.
si aparece como novedad la bomba de vacío que se conecta a través de un tubo con la
electroválvula de control (actuador de presión) y otros elementos actuadores que son
accionados por vació como la válvula egr (recirculación de gases de escape).
Este sistema de control de la presión del turbo tiene la ventaja frente a los anteriormente
estudiados, de no depender de la presión que hay en el colector de admisión que en caso de
rotura del tubo que transmite dicha presión además de funcionar mal el sistema de control
del turbo, Se perdería parte del aire comprimido por el turbo que tiene que entrar en los
cilindros y disminuye la potencia del motor sensiblemente.
2.6.-HISTORIA DE TOYOTA
Como muchas otras compañías que han dejado una huella en la historia, Toyota ha sido
conformada sobre la base de un conjunto de valores y principios que tienen sus raíces en los
orígenes de la empresa en Japón.
la historia de Toyota comienza a fines del siglo xix, cuando sakichitoyoda inventa el primer
telar automático, que revoluciona la industria textil del país. Impulsado por el éxito de sus
telares, en 1907 funda la empresa toyodaautomaticloom works, convirtiéndose en un
fabricante líder. Cautivado por la incipiente industria automotriz, en 1929 sakichi vende los
derechos de sus patentes de telares a la empresa británica plattbrothers, e invierte esos
ingresos en el desarrollo del primer vehículo Toyota.
kiichirotoyoda, el hijo de sakichi, realiza las investigaciones sobre motores de combustión
interna a gasolina, y en 1932 funda la división automotriz de Toyota automaticloom works.
Finalmente en 1937, kiichiro produce el primer prototipo de automóvil y establece los
cimientos de Toyota motor company ltd.
Luego de la posguerra, Toyota se convirtió en el mayor fabricante de vehículos de Japón,
con más del 40% del mercado. La estrategia de crecimiento de Toyota fue impulsada por su
inserción en el mercado internacional. La producción de vehículos fuera de Japón comenzó
en 1959 en una pequeña planta en Brasil, y continuó con una creciente red de plantas
industriales alrededor del mundo, alcanzando reconocimiento mundial durante la década
del sesenta, con la instalación de plantas industriales y centros de desarrollo en los estados
unidos, Canadá y el reino unido.
El “sistema de producción Toyota” es uno de los principales legados de Toyota. Se hizo
conocido como tps en 1970, pero fue establecido mucho antes por taiichiohno. Basado en
los principios de jidoka y just-in-time, el sistema es un factor fundamental en la reducción
de inventarios y defectos en las plantas de Toyota y de sus proveedores. El tps, con su
énfasis en la mejora continua y el valor del compromiso de los empleados, es considerado
por la industria automotriz como un auténtico benchmark.
En 1980, Toyota llevaba producidos más de 30 millones de vehículos a nivel mundial,
alcanzado 100 millones de unidades en 1997. En la actualidad, Toyota ha producido más de
6.423.772 millones de vehículos.
El Toyota Hilux es uno de los pick-up más carismáticos y vendidos de la historia. se
distribuye en prácticamente todos los mercados mundiales y su primera generación nació en
1968.
2.6.1.-EMPRESA TOYOTA
es uno de los principales fabricantes de vehiculos livianos y motores diecel del mundo . el
grupo totoya ofrece una amplia gama de soluciones personalisados en loque respecta ala
finaciacion , lesin , seguros ymanteminiento , asi como a los sistemas completos de
trasportes diseñados para el trafico urbano y mineria
A pesar de ser un vehículo diseñado para trabajos relacionados con el campo y también
para la práctica off road, la Toyota Hilux se destaca por su versatilidad y su
comportamiento en ciudad, aunque -por razones obvias- penaliza un poco su andar por la
robusta suspensión trasera que la hace un poco "saltarina" cuando va descargada, en
especial transitando por el empedrado de buenos aires.
En ruta su desempeño dinámico es excelente, con una gran estabilidad y además transmite
mucha seguridad por su robustez. Pero su mayor virtud está fuera del asfalto, que es su
hábitat natural, con un desempeño muy bueno por lo equilibrado de su chasis y
suspensiones, y además por el tipo de tracción (4x4) que se acciona por una pequeña
palanca dispuesta a lado de la selectora de los cambios.
El motor diesel no ha sufrido modificaciones, confirmando sus bondades en cuanto a
rendimiento y confiabilidad que le permite a la Hilux desempeñarse con notable agilidad,
ayudado por la correcta relación y precisión de la caja manual de cinco marchas.
el despeje es muy bueno (292 mm.) por tratarse de un vehículo destinado
fundamentalmente a tareas fuera de ruta, con un eficiente ángulo de ataque de 30 grados y
otro de salida de 23º. Por otra parte, la capacidad de carga es de 1.000 kilogramos. Además,
hay que señalar su excelente capacidad de vadeo como así también el óptimo
comportamiento de la tracción 4x4.
Un dato interesante para destacar es la calidad de los materiales utilizados y su terminación.
Pero otro mucho más importante aún es la garantía de 3 años o 100 mil kilómetros, que está
demostrando la confianza depositada por Toyota en este producto.
La Toyota Hilux fue "aggiornada" con un sutil restyling en su carrocería y mejoras en su
equipamiento de confort y seguridad, manteniendo sus eficientes impulsores diesel -de 2.5l
y 3.0l- y su probada calidad y solidez, virtudes intactas que la han colocado al tope de las
preferencias y por eso es la pick up más vendida en argentina desde 2006.
La Hilux se ofrece con 6 colores de carrocería: blanco, plata metálico, beige metálico, gris,
azul y negro mica
2.6.2.-LA RENOVACIÓN DE LA PICK UP LÍDER DEL MERCADO.
A fines del año pasado, Toyota argentina lanzó una nueva versión de la pick up Hilux que
produce en su planta industrial de zárate, provincia de buenos aires, con pequeños retoques
en su diseño exterior y nuevos elementos de confort y seguridad, manteniendo los tres
niveles de equipamiento (DX, SR Y SRV) para ambos tipos de tracción (4x2 y 4x4), con
dos configuraciones de motorización diesel (2.5l de 102 cv y 3.0l de 163 cv). y como
novedad introduce un opcional SRV "pack", que brinda a los clientes la posibilidad de
optar por los tapizados de cuero y un climatizador automático.
Todas estas mejoras apuntan a satisfacer las necesidades de un público cada vez más
exigente, pero también para hacer frente a un nicho muy competitivo del mercado, con
actores importantes como la nueva ford ranger; la chevrolet s10; la mitsubishi l 200 y la
nissan frontier. Segmento que se hará aún más disputado por la pronta aparición de la pick
up amarok de volkswagen.
El pick-up de Toyota es famoso en todos los mercados mundiales por su robustez,
capacidades, y mínimo coste de uso y mantenimiento.
A lo largo de todos estos años, se ha ganado la merecida fama de ser el mejor compañero
de trabajo y actividades por su capacidad, economía y robustez. Y ha llegado en trabajos y
expediciones a todos los rincones del planeta, incluido el polo norte.
La gama Hilux ofrece una versión con cabina extra (2.5 D-4D GX (26.381 euros) y una con
cabina sencilla con idéntico motor y equipamiento, por 23.625 euros. en doble cabina hay
seis opciones, con motor diesel de 144 y 171 cv, con cambio manual y automático y
acabados GX, VX Y VXL, oscilando sus precios entre los 27.281 euros de la versión más
económica y los 38.531 de la más cara.
Su robustez y capacidad todoterreno no es obstáculo para que el Hilux presuma de un
comportamiento en carretera muy confortable y eficaz. Como en todo Toyota, destaca su
facilidad de conducción y agrado de uso.
2.6.3.-MOTOR
la nueva Hilux sigue disponiendo de las dos cilindradas que se ofrecían con anterioridad,
esto es, dos tetracilindricosd-4d de 2,5 y 3 litros de cilindrada, aunque ambos han sido
modificados para reducir consumos, aumentar rendimiento y cumplir con la norma euro 5.
el “pequeño” es el que más diferencia ofrece respecto a las anteriores versiones (también es
el que más lo necesitaba), al subir su potencia de los 120 cv anteriores a los 144 cv actuales,
homologando un consumo de 7,3 litros a los 100 km. el 3.0 d-4d de 171 cv es capaz de
homologar 7,7 l/100 km., aunque en su versión automática (la que hoy probamos), el
consumo se sitúa en 8,6 l/100 km.
La caja de cambio en todas las versiones es manual de cinco velocidades, si bien, la versión
más potente, se puede equipar con un cambio automático, también de cinco relaciones.
las versiones son tres, GX, VX Y VXL, siendo la versión VX la única con opción a los dos
motores, en el caso de la GX solo está disponible el motor de 144 cv y en el de la VXL solo
el grande de 171 cv. de la misma forma, solo en la versión más económica, la GX, es
posible elegir el tipo de cabina que deseamos (sencilla, extra o doble), mientras que en las
versiones VX Y VXL tan solo podremos elegir la opción de cabina doble.
Hay dos motores disponibles, ambos diesel. El 2.5 D4-D rinde 144 CV 343 nm, con un
consumo en ciclo combinado de 8,2 o 8,3 l/100 km, dependiendo de la versión. El 3.0 D4-
D proporciona 171 CV Y 360 nm, con un consumo medio de 8,9 l/100 km. ambos
propulsores tienen turbo de geometría variable e inyectores de última generación. Y
también los dos se pueden combinar con caja de cambios manual de cinco velocidades. El
cambio automático de cinco marchas se reserva a la motorización más potente.
motor Toyota diesel con tecnologías de avanzadas de alta potencia y eficiencia
desempeño en trabajo y placer en la cual existen dos tipos de motores turbo diesel de alta
potencia y eficiencia y es la más avanzada tecnología en motores diesel con comando
electrónico motor de 2.5litros y motor de 3.0 la cual es la del más potencia y torque en
un mínimo consumo
los nuevos motores diesel de Toyota D4D incorporan la más modernas tecnologías para
proporcionar desempeño y consumo de combustible adecuados a la utilización de un
vehículo manteniendo los niveles de emisiones de contaminantes más bajos posibles .
2.6.4.-LOS MOTORES D4D DIESEL DE 4 TIEMPOS CON INYECCIÓN
DIRECTA
La nueva Hilux posee dos nuevos motores Toyota d4-d para obtener los diferentes tipos de
utilización el motor de la Toyota Hilux es un 4 cilindros en línea de 3.0l (2.982 cc), doble
árbol de levas a la cabeza y 16 válvulas, dohc,
Motor Toyota 2.5
El motor d4-d 2.5 fue desarrollado para las más variadas utilizaciones de trabajo, equipa
las versiones dx cabina simple y cabina doble
El motor d-4d3.0 fue desarrollado para uso múltiple, tanto para el trabajo como el uso
personal, obteniendo un desempeño extra.
motor Toyota
D4D2.5 116v turbo
motor Toyota D.4D 3.0 16v
turbo intercooler
inyección directa si si
common rail si si
turbo si si
turbo de geometría
variable no si
intercooler no si
utilización principal trabajo personal
modelos DX(CS/CD) SRYSRV (CD)
Pero lo más importante es de los motores d-4d de la nueva Hilux que fueron desarrollados
y producidos por Toyota, lo que asegura estrictos estándares de calidad, durabilidad y
confiabilidad
2.6.5.-TORQUE Y POTENCIA DE MOTOR TOYOTA 2.5
El motor de 2.5litros de 16v dohc turbo diesel d4d es de 4 tiempos con inyección
directa 2KD FTV y sistema common rail de alta presión
potencia máxima 102cv a 3600rpm
torque máximo 26.5kgfm a 1600-2400rpm
versiones DX(CS/CD)
aceleración 0 a100km/h tracción 4x2 tracción 4x4
cabina simple 16.4s 17.5s
cabina doble 16.9s 18.2s
2.6.6.-TORQUE Y POTENCIA DEL MOTOR TOYOTA 3.0 LITROS
motor 3.0 litros de 16v doch turbo diesel intercooler d4d con sistema common rail y
turbo de geometría variable (1kd-ftv) también utiliza un turbocompresor de geometría
variable (vnt – variable nozzle turbo) e intercooler para obtener mayor eficiencia en toda
la gama de revoluciones y condiciones de uso.
potencia máxima 163cv a 3400rpm
torque máximo 35.0kgfm a 1400-3200rpm
aceleración 0 a100km/h tracción 4x2 tracción 4x4
cabina simple 11.6s 12.1s
cabina doble 11.9s
2.6.7.-TECNOLOGÍAS DE LOS NUEVOS MOTORES TOYOTA
2.6.7.1.-COMMON - RAIL DE 2DA. GENERACIÓN:
El sistema common-rail de toyota usa una bomba de combustible de alta presión que
alimenta a un tubo único (common- rail) que distribuye el combustible a presión hacia los
inyectores. Al recibir la señal enviada por la unidad de control electrónico del motor (ecu),
el inyector se abre y el combustible es inyectado a alta presión en el cilindro. Comparado
con los motores diesel anteriores, con bomba inyectara y presión de inyección variable con
la rotación del motor, el common-rail diesel inyecta combustible siempre en alta presión,
incluso en las rotaciones bajas. la alta presión del combustible, combinada con los orificios
del inyector de diámetro igual al de un cabello, hace que el combustible alcance la cámara
de combustión altamente pulverizado. el combustible en forma de niebla permite alcanzar
elevada eficiencia en la quema del combustible inyectado.
Su alimentación es por el sistema de inyección directa y electrónica de combustible
common rail.
2.6.8.- CONTROL ELECTRÓNICO:
Para controlar la cantidad de combustible inyectado y el tiempo de inyección, se utiliza una
unidad de control electrónico del motor (ecu) de 32 bit con alta velocidad de procesamiento
de los datos recolectados por los sensores de temperatura, rotación y posición del
acelerador, entre otros.
2.6.9.-DOBLE INYECCIÓN DEL DIESEL:
En el motor diesel, el combustible inyectado a alta presión encuentra al aire comprimido a
alta temperatura en la cámara de combustión y entra en ignición espontánea, lo que provoca
la combustión. En el motor con doble inyección de diesel, una pequeña cantidad de
combustible es inyectada un poco antes de que se inflame la inyección principal. esta
"combustión piloto” contribuye a aumentar el torque del motor y a reducir el ruido y la
vibración que antes se asociaban a los motores diesel.
La manera en la que se inyecta combustible en los cilindros de los vehículos diesel
determina su par, el consumo de combustible, las emisiones y el nivel de ruido. Dos
factores son fundamentales: la presión del combustible que entra en el cilindro, y la forma y
número delas inyecciones.
Un sistema de inyección common rail separa estas dos funciones (generación de presión y
la inyección) por primera almacenamiento de combustible a alta presión en un raíl central
acumulador y entonces la entrega a las válvulas de inyección individuales con control
electrónico (inyectores).
Esto garantiza que las presiones de inyección muy altas (en algunos casos más de
25.000libras por pulgada cuadrada) están disponibles en todo momento.
El sistema de inyección electrónica tiene múltiples piloto de control dela inyección para
determinare volumen, momento y contar intervalo entre inyecciones piloto y la inyección
principal.
2.6.10.-INYECCIÓN DIRECTA D-4D (DIESEL 4 TIEMPOS CON INYECCIÓN
DIRECTA):
En los motores con inyección indirecta, el combustible es inyectado en una pre-cámara.
Luego de la auto-ignición del diesel, la llama avanza hasta el cilindro, donde tiene lugar la
combustión principal. en el motor diesel con inyección directa, el combustible es inyectado
directamente a la cámara de combustión dentro del cilindro del motor, lo que hace más
eficiente la combustión, y reduce el consumo de combustible y la emisión de partículas
sólidas y monóxido de carbono (co).
Al comparar los dos tipos de inyección, se verifica que los motores con inyección directa
proporcionan más potencia por su mayor eficiencia en la combustión.
2.6.11.-TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE - SOLO MOTOR 3.0
LITROS
El turbocompresor usa la energía de los gases de escape para poner en movimiento el rotor
de la turbina, que gira junto al motor del compresor de aire. de esta forma, el aíre
comprimido es forzado hacia dentro del motor y ello permite inyectar más combustible para
aumentar la potencia generada.
El turbocompresor de geometría variable tiene palas que direccionan los gases de escape
dentro de su carcaza (formato de caracol). Cuando el conductor acciona el acelerador la
unidad de control electrónico del motor (ecu) altera la posición de las palas a través de un
motor eléctrico. De esta forma, los gases de escape pasan por la turbina en dos condiciones
diferentes según que el motor gire en bajas o en altas revoluciones.
2.6.12.-BAJAS REVOLUCIONES DEL MOTOR: con el motor a bajas revoluciones, la
presión de los gases de escape es más reducida. Entonces, cuando las palas se cierran, la
velocidad de los gases de escape aumenta y esto hace que la turbina gire más rápido. de esta
forma, la turbina suministra una cantidad más alta de aire al motor a bajas revoluciones y
genera más potencia.
2.6.13.-ALTAS REVOLUCIONES DEL MOTOR: con el motor a altas revoluciones, en
que la velocidad de los gases de escape ya es elevada, las palas se abren para no acelerar
aún más dichos gases. o sea, independientemente de la rotación del motor, el turbo de
geometría variable asegura el adecuado paso de aire para optimizar la combustión.
2.6.14.-INTERCOOLER (SOLO MOTOR 3.0 LITROS) el intercooler enfría el aire
calentado luego de haber pasado por el turbo- compresor antes de ser enviado al motor. al
reducir la temperatura del aire admitido en el motor, la eficiencia del turbocompresor
aumenta en consecuencia, la potencia generada por el motor se mantiene más alta.
El intercooler está instalado en el tubo de admisión de aire entre el turbocompresor y el
motor. El aíre que es comprimido y calentado por el turbocompresor pasa por el
intercambiador de calor (intercooler) que recibe la corriente de aire frontal del vehículo y
allí es enfriado.
Turbo diesel intercooler con turbo de geometría variable. Desarrolla una potencia de 163 cv
a 3.400 rpm. Su torque máximo es de 343 nm, que está disponible entre las 1.400 y 3.200
rpm.
2.6.15.-VÁLVULA DE CONTROL DE TURBO ALIMENTACIÓN - SOLO MOTOR
3,0 LITROS
El motor 3.0 litros utiliza un colector de admisión dotado de una válvula de control de
turbo alimentación. la ecu (unidad de control electrónico) del motor determina la posición
de la válvula de control de turbo alimentación (abierta o cerrada) en base a las condiciones
del motor (velocidad del motor y esfuerzo sobre el pedal del acelerador). En bajas
revoluciones la ecu cierra la válvula para reforzar la turbo alimentación, favoreciendo con
esto la mezcla de aire y combustible y optimizando la combustión.
2.6.16.- ACELERADOR ELECTRÓNICO: el acelerador electrónico elimina el
tradicional cable de accionamiento del acelerador, resultando en aceleraciones más precisas
y respuestas más rápidas, aumentando asimismo el confort y seguridad del vehículo y sus
ocupantes.
2.6.17.- BALANCEADOR DEL MOTOR: el nivel de vibraciones del motor D-4D 3.0
litros fue reducido, pues este motor utiliza 2 ejes balanceadores para neutralizar la fuerza
inercial proveniente del movimiento de los pistones y bielas. El beneficio es un motor más
silencioso.
