PRINCIPALES ELEMENTOS

1. EL BLOQUE MOTOR

Es el elemento que constituye el soporte estructural de todo el motor. En él van alojados gran parte del resto de los elementos que componen el motor.

Cuando el motor tiene pocos cilindros, éstos normalmente se colocan en línea. Pero cuando el número crece, los cilindros suelen colocarse en dos grupos o bancadas en forma de V, en un ángulo de 120º. Esto se hace con dos objetivos:

  • Que el tamaño del bloque sea menor, ahorrando espacio y coste
  • Acortar la longitud del cigüeñal. Un cigüeñal largo sería poco resistente y muy propenso a roturas y deformaciones
 
El bloque, por su parte baja, se cierra en el cárter. En él va alojado también el cigüeñal, que está unido y sujeto al bloque motor a través de unos cojinetes, llamados cojinetes de bancada. Sobre estos cojinetes desliza el cigüeñal, con la lubricación necesaria. Estos cojinetes son elementos de desgaste que es necesario sustituir cada cierto tiempo.
 
En el bloque se alojan los cilindros, que son unos huecos de forma cilíndrica por donde se mueve el pistón. Para facilitar la reparación de los daños que pudieran producirse en el movimiento del pistón (desgaste, abrasión, calentamiento, agarrotamiento, etc), el cilindro va recubierto por un forro o camisa que puede sustituirse en caso de resultar dañada por un fallo imprevisto. Suele sustituirse no obstante cada cierto número de horas por desgaste normal.
 
La refrigeración del bloque se realiza haciendo circular agua por unos huecos y conductos diseñados al efecto. El agua circula por ellos y evacua el calor, para que la temperatura no aumente demasiado y la dilatación provoque tensiones inadmisibles Hay que asegurar circulación adecuada y presencia de agua en contacto con todas las partes a refrigerar, porque en otro caso (presencia de burbujas de aire o vapor por fallo de circulación) provocaría el gripado o agarrotamiento de las partes en movimiento. De este circuito se hablará con detalle más adelante.
 
Por el bloque también circula el aceite lubricante, cuya misión es refrigerar las partes en movimiento y proveer de una película lubricante entre las superficies con movimiento relativo. De este circuito también se hablará detalladamente más adelante.
 
Por último, en la parte superior del bloque se sitúan las culatas, normalmente una por cilindro, que confieren estanqueidad al bloque motor.
 
 
Un motor de combustión ciclo Otto funciona, como hemos visto, mediante la admisión de gases (aire y combustible) que posteriormente se comprimen y se queman. La energía que disipa la combustión de los mismos se aprovecha en la obtención de trabajo en la etapa final del ciclo (expansión). Si se alimenta el motor con una presión superior a la atmosférica, su potencia aumenta al disponer de mayor cantidad de mezcla en el mismo volumen de cilindrada. A este efecto se le denomina sobrealimentación del motor o turboalimentación. Esta mayor potencia manteniendo las pérdidas mecánicas aumenta adicionalmente el rendimiento.
 
La ventaja de la sobrealimentación es que, aparte de mantener los valores de potencia iguales a cualquier altura de uso sobre el nivel del mar se puede aumentar la potencia máxima obtenida de un motor, sin tener que diseñar otro de mayor cilindrada, por lo que reduce el coste del motor. Además, se obtienen mayores valores de par motor, con valores de rozamientos internos (función de la cilindrada y número de cilindros), similares a motores de menores prestaciones. Las mayores prestaciones con menores inercias alternativas suponen una mejora en el rendimiento del motor.  Otras ventajas son las siguientes:
  • No consume energía en su accionamiento
  • Fácil localización, sin accionamiento directo del eje del motor
  • Reducido volumen, en relación al caudal proporcionado
  • Gran capacidad de comprimir a altos regímenes y altos caudales.
El mayor inconveniente que presenta la sobrealimentación del motor es que, al estar la mezcla a mayor presión y temperatura, determinadas partes del motor, especialmente la cámara de combustión, deberán estar preparadas convenientemente. Pero el problema mayor es que al aumentar la compresión de los gases, la presión y la temperatura son tan elevadas que pueden provocar el encendido por autoignición, de modo que no se puede sobrepasar una relación de compresión límite.  En la figura posterior se puede ver que los motores de mezcla pobre trabajan en la zona de alto exceso de aire, lo que permite trabajar con alta relación de compresión (por tanto alto rendimiento) a la par que con bajas emisiones, pero en todo caso hay un límite en el que hay riesgo de fallo de la chispa. Este límite se aleja en algunos diseños produciendo ignición de una mezcla rica en una precámara, que a su vez inicia con seguridad la ignición de toda la mezcla en los cilindros.
 
 
Zonas de funcionamiento de los motores estequiométricos y los de mezcla pobre
 
Aunque existen diversas formas de comprimir el aire o la mezcla aire-gas, el elemento normalmente usado para este fin en motores alternativos de combustión es el turbocompresor.
 
 
Un  turbocompresor es un sistema formado por una turbina y un compresor acoplados por un eje común. El compresor está situado en la entrada del colector de admisión y la turbina está colocada a la salida del colector de escape. Los gases de escape del motor salen con gran fuerza empujando los álabes de la turbina que, al girar, hace que gire el compresor gracias el eje central que los une. El compresor, en determinados modelos de motor, toma el aire a presión atmosférica y lo comprime, introduciéndolo en el cilindro a una presión mayor, mejorando el llenado. En otros modelos lo que comprime es la mezcla aire-gas.
 
Para evitar sobrepresión en la cámara de combustión, los turbocompresores van equipados con una válvula de descarga o waste-gate. La válvula de descarga tiene la misión de controlar la velocidad de giro del compresor limitando los gases de escape que llegan a la turbina. La velocidad de giro de la turbina está limitada por la fuerza de los gases de escape, pero una velocidad de giro excesiva aumentaría mucho la presión a la salida del compresor y podría dañar el motor o crear detonaciones por autoignición.
Una parte de los gases que van al cilindro para comenzar el ciclo termodinámico esta comunicando con la membrana que posee dicha válvula. Si la presión a la que se encuentra el aire de entrada al cilindro supera un límite determinado, empujaran la membrana de la válvula.
 
Funcionamiento de la válvula de control del turbocompresor
 
Esta válvula está en el colector de escape en contacto con los gases, de tal forma que si es empujada por la membrana que posee, la válvula se levanta y parte de los gases de escape irán directamente al exterior, sin pasar por la cámara de combustión, reduciendo así la presión en la entrada del cilindro.
 
Los gases de admisión empujan la membrana de la válvula y una parte de los gases de escape salen al exterior sin pasar por el cilindro
 
El turbocompresor trabaja a altas revoluciones por lo que la lubricación será un factor a tener en cuenta a la hora de mantener correctamente este sistema. Habrá que vigilar la calidad del aceite lubricante, su presión y, sobre todo,  el mantenimiento de los filtros de aspiración de aire. Esto último es de vital importancia puesto que una de las causas más frecuentes de avería del turbocompresor es la entrada de partículas extrañas.
 
Con el tiempo, las pequeñas partículas y gases adherentes van ensuciando el compresor y la turbina, e igual que en el caso de las turbinas de gas es necesario hacer un lavado periódico del turbocompresor, normalmente con agua y un detergente, que se introduce por unas boquillas apropiadas, mientras el motor funciona a baja velocidad.

SISTEMA DE ADMISIÓN

Está formado por los refrigeradores del aire de admisión o intercoolers, el colector de admisión y las válvulas de admisión.
 
El aire al ser comprimido en el turbocompresor se calienta por efecto Joule-Tompson a unos 200º C. Para aumentar su densidad más aún y consecuentemente la potencia específica del motor es preciso refrigerarlo, lo que se hace en el  intercooler, que no es más que un refrigerador de tubos aleteados. En él, el aire se refrigera con agua.
 
Este intercambiador se puede ensuciar tanto en su circuito de agua como de aire. Para evitar el ensuciamiento del circuito de agua es muy recomendable trabajar en circuito cerrado con agua tratada. El calor puede ser finalmente evacuado a la atmósfera mediante un aerorefrigerante, o mediante un intercambiador de placas puede ser transferido a un circuito exterior de aprovechamiento o a una torre de refrigeración.
 
Para minimizar las necesidades de limpieza del circuito de aire es necesario hacer un filtrado efectivo a la entrada del motor. Ello se hace tomando aire del interior de la sala de motores, y  se introduce en el motor, haciéndolo pasar por un filtrado previo, justo a la entrada el compresor todavía se hace un filtrado más fino. Otras veces se toma el aire directamente del exterior por unos conductos, donde se intercalan filtros especiales.
 
Para asegurar la máxima potencia del motor es preciso que el aire entre al turbocompresor a una temperatura suficientemente baja. Esto se consigue con agua de refrigeración convenientemente fría (40 o 50 ºC), lo que sólo es posible utilizando torres de refrigeración. En caso de escasez de agua se instalan aerorefrigerantes, lo que limita la potencia máxima del motor en condiciones de alta temperatura ambiente.
 
Del colector de admisión, el aire o la mezcla se introducen en el cilindro a través de las válvulas de admisión.

SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN DE GAS NATURAL

La alimentación de gas natural puede realizarse en los motores actuales de dos maneras diferentes:
 
  • Por carburación. El gas se introduce de forma natural por válvulas hacia el conducto de aspiración de aire al turbo, a presión atmosférica y es la mezcla aire-gas la que se comprime en el mismo. De esta forma la mezcla que se introduce al cilindro es muy uniforme, pero por el contrario el aire de entrada y el gas deben estar en condiciones muy constantes, por lo que las condiciones (presión y temperatura) de los mismos se convierten en algo crítico que hay que mantener muy estable. Una pequeña perturbación en las condiciones del aire o el gas producen un desajuste de la relación aire-combustible, y el riesgo de detonación.
  • Inyección separada del aire comprimido por el turbocompresor una vez refrigerado y el combustible a presión a la cámara de combustión. En este caso se consigue peor uniformidad de la mezcla dentro del cilindro. Como el mejor rendimiento y menores emisiones se consiguen trabajando con mezclas pobres, es preciso provocar la ignición primero en una precámara con la bujía en una mezcla rica; la deflagración en la misma se transmite a la cámara de combustión del cilindro, asegurando la explosión completa. Esta forma de alimentación es menos sensible a las condiciones ambientales, pero requiere disponer de gas natural a presión (unos 3 o 4 barg normalmente).

CULATAS

La culata es el elemento de cierre del cilindro en la parte superior del mismo, y que aloja las válvulas de admisión y escape, bujías y precámara, cuando existe. Está sometida a las mayores tensiones térmicas de todo el motor y por la gran cantidad de mecanismos que incorpora es la parte crucial en el desarrollo de un motor. Una cuestión de la máxima relevancia es asegurar una refrigeración efectiva y una lubricación de todos sus mecanismos para asegurar un funcionamiento fiable del motor

SISTEMA DE ENCENDIDO

El encendido en los motores Otto se hace mediante las bujías, en las que se produce una chispa cuando aparece una alta tensión entre los terminales. Para provocar la ignición es necesario que la bujía este en contacto con la mezcla. Los contaminantes de la mezcla como el polvo y aceite junto con la propia ignición que origina la bujía hacen que los terminales de la misma estén sujetos a condiciones muy rigurosas, se recubran de carbonilla y se deterioren, lo que conduce al fallo de la bujías. La vida media actual de las bujías es de 1000 a 2000 horas; son el punto más débil del motor y condicionan en gran medida la disponibilidad de estas máquinas.
 
Hay investigación continua en el proceso de alargamiento de vida y aumento de fiabilidad de las bujías. En paralelo se mejoran los sistemas de lubricación y retención de aceites y filtrado de polvo para minimizar los contaminantes presentes.
 
En esta línea, algunos fabricantes están investigando novedosos sistemas de ignición sin bujías, que consisten en la producción de un punto caliente, que al menos en teoría aumentarán de forma sensible la disponibilidad y disminuirán el coste de mantenimiento de los motores Otto.

LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN

Entre la parte superior del cilindro y la culata se forma la cámara de combustión. En ella se produce la ignición y en consecuencia las condiciones más duras en la máquina en lo referente a temperatura y presión. Como hemos dicho, unas veces la ignición se provoca directamente en esta cámara y otras se produce en una precámara que luego se propaga al resto de la cámara. En cualquier caso, al trabajar con mezclas pobres hay riesgo de fallo de encendido, por lo que la propagación de la llama es muy importante y hace que el diseño de válvulas y cámara esté especialmente pensado para garantizar la uniformidad de la mezcla y la buena propagación de la llama.

EL SISTEMA DE ARRANQUE

Para el arranque de un motor es preciso acelerarlo hasta una cierta velocidad por medios externos. A esta velocidad mínima, el trabajo cedido en el cilindro en que se realiza la expansión, impulsa a los demás y esto se realiza con una cadencia que garantiza suficiente regularidad en los esfuerzos y momentos.
 
Esto se puede realizar con un motor eléctrico, aunque en la mayoría de los motores industriales actuales se realiza con un motor neumático. En este caso el sistema consiste en un compresor de alta presión, que trabaja hasta presiones cercanas a 30 bar y que comprime aire para almacenarlo en un  depósito. Este depósito constituye una reserva de energía en forma de aire comprimido. Durante el periodo de arranque se hace pasar este aire a un motor neumático (una pequeña turbina), que transmite un par a un engranaje que a su vez acciona directamente el eje motor. Este sistema permite la flexibilidad de aumentar la velocidad del motor a ritmo controlado hasta que el sistema se automantiene. Normalmente el depósito se dimensiona de manera que en el mismo y desde la presión de origen (30 bar), hasta el mínimo admisible (10 a 15 bar) haya capacidad para realizar entre 3 y 5 arranques consecutivos.

INFÓRMATE EN Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.  O LLAMANDO AL 91 126 37 66

¿CONOCES TURBINAS DE GAS LM-2500?

Visitanos

Go to top