¡Bienvenido al curso de motor diésel!, aquí conocerás a profundidad el funcionamiento de los motores de cuatro tiempos de equipo pesado, partes, sistemas y solución de las fallas más comunes. ¡Comencemos!
¿Qué es un motor diésel?
El motor diésel es un motor térmico de combustión interna que transforma la energía química en energía mecánica. La combustión se genera por autoignición debido a la alta compresión en la cámara de combustión.
¿Quién invento el motor diésel?
El motor diésel fue inventado por el ingeniero alemán Rudolf Diesel en el año 1893.
Historia del motor diésel
Rudolf estaba estudiando y desarrollando motores de alto rendimiento térmico con combustibles alternativos y desarrollo un motor que utilizaba fueloil como combustible que fue el precursor de los motores diésel actuales, durante el proceso Rudolf y su equipo casi mueren por la explosión de un motor durante las pruebas.
El motor diésel fue una alternativa a los ineficientes motores de vapor que termino sustituyéndolo en toda la industria.
Características del motor diésel
- La explosión se produce por auto ignición.
- Tienen una alta relación de compresión.
- Son los motores de combustión más eficientes térmicamente, aprovechan hasta el 50% de la energía de explosión.
- Desarrollan más torque que los motores de gasolina.
- Son motores más robustos.
¿Cuáles son las ventajas y desventajas del motor diésel?
Los motores diésel tienen las siguientes ventajas:
- Son motores con más fuerza.
- Sufren menos desgaste.
- Menor coste de combustible.
Desventajas:
- Son motores que producen más ruido.
¿Cuáles son las diferencias entre un motor diésel y uno de gasolina?
En el motor diésel la combustión se produce por auto-ignición debido a la alta temperatura que se produce dentro de la cámara de combustión por la alta compresión que tienen estos motores y esta es la diferencia que tienen con respecto a los motores de gasolina los cuales requieren de una chispa dentro de la cámara de combustión para encender la mezcla para lo cual usan bujías.
¿Cómo funciona un motor diésel?
Los motores diésel en maquinaria pesada son de 4 tiempos.
- Admisión: En este tiempo el pistón se desplaza desde la parte superior a la parte inferior del cilindro, durante este proceso se abre la válvula de admisión e ingresa aire dentro de la cámara.
- Compresión: El pistón se desplaza desde la parte inferior hacia la parte superior y las válvulas de admisión y escape están cerradas, durante este proceso el oxigeno se comprime. Al final de la carrera se produce la inyección de combustible.
- Combustión: Debido a alta temperatura dentro del cilindro generado por la alta compresión se produce la explosión de la mezcla y el pistón desciende.
- Escape. El pistón se desplaza desde desde el punto muerto inferior al punto muerto superior y la válvula de escape se mantiene abierta para evacuar los gases de la combustión.
El funcionamiento detallado lo tendrás en la operación de sistemas del motor diésel.
Sistemas del motor de combustión Diesel
Partes del motor diésel
En la siguiente imagen se muestras los componentes de un motor de cuatro tiempos.
Partes de un motor de maquinaria pesada
- Compresor de aire acondicionado.
- Filtro de aceite de motor.
- Varilla de nivel de aceite de motor.
- Filtro de aire izquierdo.
- Tren de engranajes posterior.
- Arrancador eléctrico.
- Turbocompresor izquierdo.
- ECM – Modulo de control electrónico.
- Filtro de combustible.
- Alternador.
- Enfriador de aceite de motor.
- Enfriador de aceite de transmisión.
- Turbo cargador derecho.
- Lubricación posterior de tren de engranaje posterior.
Internamente los motores tienen los siguientes componentes principales:
Monoblock o bloque del motor
El bloque de motor antiguamente estaba construido de hierro fundido, pero ahora están construidos con una aleación de aluminio para reducir el peso del motor.
El bloque del motor tiene muchos conductos internos que permite el paso del aceite y el refrigerante.
En el monoblock se montan todos los componentes del motor que detallaremos a continuación.
Cigüeñal
El cigüeñal se encarga de convertir el movimiento lineal del pistón en movimiento rotatorio.
Intensamente el cigüeñal tiene conductos de aceite para lubricar los metales de bancada y tiene contrapesos para que este balanceado el cigüeñal.
Esta fabricado con acero al carbono o aleaciones de cromo – níquel, esto dependerá de la función que desempeñara el motor. El cigüeñal trabaja en conjunto con los siguientes componentes.
Metales de bancada
Los metales de bancada o cojinetes son elementos de desgaste, son utilizados en el cigüeñal.
Los metales de bancada van montados entre el cigüeñal y las tapas de bancada que sujetan el cigüeñal al bloque de motor, protege y permite el giro libre y silencioso del cigüeñal
Ahora imagina, Si el cigüeñal girara directamente sobre el bloque del motor se produciría un desgaste en ambos componentes y después de un tiempo de uso el cigüeñal y el monoblock quedarían inservibles, pero aquí es donde entran a trabajar los metales de bancada.
Están fabricados con materiales blandos, en caso de haber fricción tienen a desgastarse ellos protegiendo a los demás componentes que son muy caros.
Estos metales están fabricados en capas, siendo la capa interna la más blanda, esta capa es una aleación de estaño o plomo, cobre y antimonio conocido como metal Babbitt.
Los metales de bancada tiene un agujero y ranura de lubricación que esta siendo lubricado en todo momento.
Amortiguador de vibraciones o dámper
El amortiguador de vibraciones reduce las vibraciones torsionales que se genera en el cigüeñal al variar la velocidad y carga del motor.
Eje de levas.
Es también conocido como árbol de levas, su función es accionar las válvulas de admisión y escape para su apertura.
Esta sincronizado con el cigüeñal atreves de engranajes y tienen una relación de giro, cuando el cigüeñal gira 2 vueltas el eje de levas gira 1 vuelta.
El eje de levas puede tener 2 o 3 levas o lóbulos por cilindro:
- Leva para activar la válvula de admisión
- Leva para activar la válvula de escape.
- La tercera leva para activar el inyector de combustible (depende si la inyección de combustible es mecánica como en los sistemas de combustible EUI).
Pistón.
El pistón es la pieza móvil de la cámara de combustión, es el encargado de transmitir la energía de la combustión hacia la biela y el cigüeñal.
El pistón esta conformador por:
- Corona.
- Faldón.
En la corona están alojados los 3 anillos del pistón, 2 anillos de compresión usado para sellar la cámara de combustión y 1 anillo de aceite para la lubricación del pistón.
En el faldón hay un agujero donde se aloja un bulón o pin que conecta el pistón con la biela.
Biela
La biela es la encargada de transmitir el movimiento del pistón al muñón del cigüeñal. Internamente tiene un conducto para la lubricación del bulón.
Cilindro o camisa
El cilindro va montado en el monobloque y es donde el pistón se desplaza, en conjunto con la culata forman la cámara de combustión.
Hay 2 tipos de cilindros:
- Cilindros húmedos: Tienen esta denominación porque en la parte externa tienen contacto con el refrigerante para su enfriamiento y son los cilindros más usados en los motores de maquinaria pesada.
- Cilindros secos: Estos cilindros no tienen contacto con el refrigerante.
Los cilindros están construidos de fundición ácido-resistente de alta aleación con estructura austenítica.
En las paredes del cilindro hay unas finas líneas a las cuales se les denomina bruñido, sirve para que el aceite se aloje y pueda lubricar adecuadamente el pistón.
Culata
La culata va montada en la parte superior del bloque del motor y hermetiza la cámara de combustión. La culata aloja los siguientes componentes:
- Balancines.
- Válvula de admisión
- Válvula de escape
- Rotadores de válvulas.
- Inyector de combustible
Engranajes de distribución.
Son una serie de engranajes que son impulsados por el cigüeñal para accionar los siguientes componentes:
- Bomba de refrigerante.
- Bomba de combustible.
- Alternador.
- Compresor de aire acondicionado.
- Bomba de aceite del motor.
¡Felicidades! ya conoces las partes y funcionamiento del motor Diesel ahora pasemos a la parte eléctrica del motor.
Sensores del motor diésel
Los motores tienen un modulo de control electrónico, también llamado ECM o computadora del motor. El ECM recibe información de los sensores y envía señales a los actuadores para el correcto funcionamiento del motor.
Veamos a continuación los principales sensores y actuadores:
Sensores
- Sensor de presión de refuerzo o múltiple de admisión: Sensa la presión del aire antes del ingreso a la cámara de combustión, esta información es usada por el ECM para calcular la relación de aire y combustible.
- Speed / timing: Esta ubicado en la volante del motor. Es el encargado de enviar la siguiente información al ECM:
- Sensa la velocidad del motor.
- Indica el sentido de giro del motor.
- Indica cuando el pistón del cilindro 1 esta en el punto muerto superior en compresión, esta información es usada para el orden de inyección de combustible.
- Sensor de presión de combustible: Esta información es usada por el ECM para calcular la relación de aire y combustible.
- Sensor de temperatura de refrigerante: El ECM determina con este parámetro la velocidad del ventilador y la posición del termostato electrónico para mantener una correcta temperatura de trabajo del motor.
- Presión atmosférica: Este parámetro es importante para que el ECM calcule de forma correcta la presión de los otros sensores de presión.
- Nivel de aceite de motor: Indica el nivel de aceite de motor, de sensar bajo nivel de aceite va a apagar el motor.
Actuadores
- Solenoide de los inyectores de combustible: Reciben corriente por un determinado tiempo, esto determina la cantidad de combustible a inyectar y es determinado por el ECM.
Mantenimiento del motor diésel
A la mayoría de motores se les realiza el mantenimiento preventivo a las 250 horas y en los casos que el motor use aceite sintético a las 500 horas, En el mantenimiento se debe realizar las siguientes tareas:
- Cambio de aceite de motor
- Cambio de filtros de aceite de motor
- Cambio de filtros de combustible
- Corte e inspección del filtro de aceite de motor
- Inspección de la rejilla de succión de la bomba de aceite de motor.
- Inspección de faja de la polea del compresor del aire acondiciona y el alternador.
- Cada 500 horas cambio de los filtros de aire.
Cada 2000 horas se debe realizar
- Calibración de válvulas y la regulación de los inyectores si aplica.
El corte del filtro del motor e inspección de la rejilla de succión de la bomba de aceite es muy importante y no debes pasarlo por alto porque podrías detectar un indicios de posibles fallas que están a punto de ocurrir, como el desgaste de metales de bancada, de esta forma podrías evitar una falla catastrófica del motor.
Aceite para motor diésel
¿Cómo seleccionar el aceite adecuado para el motor diésel?
Para saber cual es el mejor aceite para motor diésel debemos conocer el grado apropiado de viscocidad del aceite.
Para determinar la viscosidad adecuada debemos tener en cuenta la temperatura mínima del ambiente y la temperatura máxima. con esta información consultamos tablas de las diferentes marcas que venden aceite y podemos determinar el tipo de aceite que puede usar el motor diésel.
Tabla para elección de viscosidad de aceite de motor diésel
| – SAE 0W-40 | -40 C° min 40 C° Max |
| * SAE 5W-40 | -30 C° min 50 C° Max |
| – SAE 10W-40 | -18 C° min 50 C° Max |
| * SAE 15W-40 | -9.5 C° min 50 C° Max |
Por ejemplo en una determinada ciudad la temperatura del ambiente minima es de 4 °C y las maxima 30 °C estonces el aceite que mejor se adecua es el aceite con la viscocidad SAE 15W-40.
Con respecto a que marca de aceite usar se puede elegir entre las mas conocidas como mobil, shell, caterpillar, etc. Cada fabricante tendrá una tabla similar de viscosidad y solo la diferenciara el precio del aceite.
Cómo determinar fallas por el color del humo en los motores diésel
Humo negro en el motor diésel
Las causas de humo negro son varias esto se debe a la mala combustión, cuando la mezcla es muy rica (mayor porcentaje de combustible en la mescla) a continuación les presentamos las probables causas.
- Obstrucción de los filtros de aire.
- Fugas en el sistema de admisión.
- Fugas en el sistema de escape.
- Falla del sensor de presión del múltiple de admisión.
- Falla del turbo compresor o gastewate.
- Inyectores de combustible con falla.
- Configuración del software.
Los motores tienen sistemas de monitoreo en los cuales podemos ver diferentes valores como la restricción del filtro de aire, la presión de múltiple de admisión y se puede realizar una prueba de corte de cilindro para determinar el estado de los cilindro y los inyectores de combustible.
Para determinar si hay fugas en los sistemas de admision y escape se debe monitores la presion de refuerzo y se debe inspeccionar el motor en busca de fugas por las juntas o uniones el ruido que genera estas fugas es como un silvido en algunos casos.
Humo blanco en el motor diésel
El humo blanco se debe a diferentes factores que presentaremos continuación.
- Motor frió o en modalidad frió
- Refrigerante en la cámara de combustión.
- Fuga de combustible por los inyectores hacia la cámara de combustión.
- Configuración del software
Motor frió o en modalidad frió
Para determinar si el motor diesel esta en frió debemos ver la temperatura de operación que debe estar por encima de 78°C si esta por encima de esta temperatura debemos pasar a otro punto.
Refrigerante en la cámara de combustión.
Para determinar si hay refrigerante en la cámara de combustión el paso mas sencillo es ver el nivel de refrigerante si este esta por debajo de su nivel podemos sospecha que esta es la causa.
Si tenemos herramientas de diagnostivco como ET en caterpillar procedemos a realizar una prueba de corte de cilindros para determinar que camara de combustion esta dañada.
Si no se encuentra nada en la prueba otro paso es verificar la entrada y salida del turbocompresor para encontrar rastro de refrigerante. una señal característica es que el conducto del turbo se pone de color blanco que es cuando se quema el refrigerante.
Fuga de combustible por los inyectores hacia la cámara de combustión.
Si observamos que el humo blaco solo se da en los primeros minutos despues del arranque y se normaliza el muy probable que la falla se esta.
Se debe realizar una prueba de corte de cilindro para determinar que inyector esta fallando.
Configuración del software
Esta falla es poco probable generalmente se da cuando se ha realizado un cambio de software un cambio de computadora.
Humo azul en el motor Diesel
Esto nos indica que esta ingresando aceite del motor a la cámara de combustión y esto se puede dar por los siguientes factores:
- Desgaste en las camisas del motor.
- Desgaste en los anillos de la cámara de combustión.
Motor turbo diésel Caterpillar ACERT
Las maquinas Caterpillar cuentan con los motores diésel Acert (Tecnología Avanzada de Reducción de Emisiones de Combustión, por sus siglas en inglés), presente en equipos como camiones mineros, perforadoras rotativas, excavadoras, motoniveladoras, palas hidráulicas, tractores y otros. Esta tecnología reduce las emisiones, da una mayor potencia, durabilidad y un consumo eficiente de combustible.
Estos motores ajustan con precisión el caudal de combustible, con lo cual reduce las temperaturas de combustión. De este modo, al controlar cuidadosamente el proceso de combustión, se reducen los niveles de emisiones, se mantiene un eficiente consumo de combustible y se logra así un alto rendimiento para el equipo, también este sistema utiliza el enfriamiento del aire de admisión con un ATAAC los cual enfría el aire de admisión lo cual mejora el volumen de ingreso de oxigeno para la combustión.