Motores Diesel. Algún tipo de Averías en Pistones II

Gripado por alta temperatura del pistón.

Por las altas temperaturas en el pistón, en la falda han quedado marcas de gripado intensos de color oscuro y superficies muy raspadas y la misma ha perdido una buena parte del material en los sectores gripados.La avería se produce por una lubricación deficiente y limitada a puntos determinados, o por el recalentamiento de uno de los lados del cilindro.


Por que pudo pasar

Problemas en el sistema de enfriamiento utilizado

La función principal del sistema de enfriamiento es mantener la temperatura correcta del motor sacando el calor excesivo generado por la combustión y la fricción. Según datos del Maintenance Council American Trucking Association el 40% de las fallas del Motor están relacionadas directamente con él.

En un motor diesel solamente entre el 35% y el 40% de la energía producida por el combustible se transforma en potencia utilizable; el resto se irradia directamente desde las superficies del motor y por el escape. Aproximadamente el 30% lo disipa el sistema de enfriamiento.
De lo anterior, se deduce que, si se presentan fallas en el sistema de refrigeración, probablemente se producirán incrementos de temperatura considerables en el interior del motor.

Los motores pueden ser enfriados por aire o enfriados por líquido. Si el sistema utilizado es por refrigerante líquido, éste podría fallar por falta del mismo, formación de burbujas, falla en la bomba de circulación, falla en la bomba de refrigeración, falla en el termostato regulador de la temperatura, etc.

Si la refrigeración es con radiador, este podría estar sucio, o las aspas del ventilador dobladas o rotas.

Los refrigerantes sufren desgaste y pérdida de sus propiedades al igual que el aceite. Mantener la química apropiada del refrigerante protege contra cavitación, corrosión, depósitos, gelatinización y congelamiento.

Resulta imprescindible que el sistema de refrigeración de nuestro equipo siempre funcione perfectamente. De no ser así, la vida útil del motor disminuirá drásticamente.

La otra causa probable es la dilución del aceite, o calidad inadecuada del mismo.

Cualquier incremento de temperatura por encima de valores normales de funcionamiento, provocará una disminución de la viscosidad de la película de lubricante sobre las paredes del cilindro, provocando el roce de metales con el consiguiente desgaste de las piezas. Produciría primero, una lubricación deficiente en el lado de presión sometido a más esfuerzo.

Este daño es de tipo irreversible, ya que aunque de manera inmediata mejoremos el enfriamiento, el desgaste producido no se podrá solucionar.

Dado que el fuerte agarrotamiento aparece la mayoría de las veces solo en el lado de presión y raramente en el opuesto, podemos pensar que la falta de huelgo entre pistón y camisa no sería una causa probable de esta avería.

Motores Diesel. Algún tipo de Averías en Pistones I

En los motores de combustión interna, el sistema de lubricación se encarga de lubricar las piezas en movimiento relativo. El lubricante debe también contribuir a la refrigeración del motor.

En este caso me referiré al sistema camisa de cilindro, pistón, aros.

Los gases producidos al quemarse el combustible empujan los pistones hacia abajo produciendo la fuerza útil que se transmite al cigüeñal.
Para la mejor utilización de la energía de los gases es necesario un perfecto sellado entre camisas y pistones por medio de los aros. Estos elementos, como órganos elásticos, deben compensar las dilataciones, las diferencias de diámetros y ovalizaciones resultantes del desgaste. Pero aun así, los gases podrían escapar, de no haber una película de aceite, tenazmente adherida a las superficies metálicas de aros, camisa y pistones.

Los pistones reciben mucho calor y el agua de refrigeración llega solo a las camisas y a las tapas de los cilindros. El enfriamiento del pistón se hace a través de los aros, pero es la película de aceite la que cierra el circuito para el paso del calor. Si la misma faltara, la transmisión sería muy pobre.

Cuando la lubricación no ha sido suficientemente buena, bajo todas las condiciones de operación se produce desgaste pero hay una condición que es crítica: el arranque. En ese momento los cilindros y cojinetes trabajan sin una lubricación completa por falta de aceite en cantidad suficiente.

Cuando se produce una avería en un motor a nuestro cargo, siempre nos preguntamos, por qué pudo suceder. En este caso trataré de dar alguna indicación cuando la avería se produce en camisa de cilindro-pistón.

Daño en pistones

Gripado por falta de lubricación en general

Estos tipos de gripados pueden sobrevenir aunque medie suficiente huelgo entre la camisa de cilindro y el pistón. En este caso, el problema proviene a menudo de la rotura de la película de aceite lubricante en determinados lugares debido a la elevada temperatura o al derrame de carburante.
Los sectores no lubricados del pistón, los aros y la superficie de la camisa de cilindro rozan entre sí en estos sitios, ocasionando en muy breve tiempo, gripados con áreas sumamente rayadas.

Gripado por falta de lubricación en la falda del pistón

En el sector de la falda del pistón hay huellas de gripado extendidas parcialmente hasta el área de los aros. En el lado opuesto de la falda aparecen leves marcas de gripados. En este caso, la superficie gripada tiene un brillo casi metálico y no oscuro.

Por qué pudo pasar
Entre las superficies de la camisa de cilindro y el pistón había escasez extrema de lubricación. La contextura de las marcas de color casi metálicas indica que la película de aceite existente en momento del gripado era muy delgada.

Causas probables

Falta de aceite en el motor.
Presión de aceite demasiado baja.

Se puede pensar que se trata de una falta temporal de aceite o de una avería en la fase inicial debido a que la falda del pistón está solo levemente estropeada. Si el motor hubiera seguido funcionando con ese escaso nivel de aceite, los daños habrían sido seguramente más graves.

Motores Diesel. El Por Qué de los Sistemas de Inyección con Regulación Electrónica.

Un día de julio de 1893, después de 15 años, que fueron los años que tardó Rudolf Diesel para llegar a construir su primer prototipo, se probaría su primer motor experimental, que supuestamente funcionaría con carbón pulverizado.

Para Diesel la idea nació en una conferencia escuchada en 1878 en la cual se desarrollaba el tema del ciclo termodinámico del ingeniero francés Sadi Carnot, el cual prometía transformar el 70% de la capacidad calorífica del combustible en trabajo útil.

Por supuesto, los primeros ensayos no fueron satisfactorios. Recién en febrero de 1894 podemos decir que se produce el nacimiento de lo que hoy conocemos como Motor Diesel.
No fue hasta 1897 que Rudolf Diesel logra construir un motor apto para ser utilizado a escala industrial. Este nuevo prototipo tenía 20 litros de cilindrada y desarrollaba una potencia de 20 CV a 170 R.P.M. La máquina superaba en rendimiento a todos los motores de la época, incluyendo a los de vapor.

Las palabras de Diesel en ese momento fueron "Tanto he superado todo lo que existe en la esfera de la construcción de maquinarias que ahora puedo afirmar, con seguridad, que marcho a la cabeza del progreso técnico".

Después de más de 100 años de evolución del Motor Diesel llegamos a la actualidad.

Las crecientes exigencias en los Motores Diesel respecto al incremento de prestaciones, reducción de ruido, disminución del nivel de contaminación y reducción de consumo, llevaron a los constructores de motores a diseñar sistemas de inyección cada vez más sofisticados y eficaces.

A partir del año 1990, después de diferentes análisis, los técnicos encontraron que los sistemas de inyección, utilizados hasta ese momento, no permitían gestionar la presión de inyección de modo independiente respecto al número de revoluciones y a la carga del motor, ni permitían la pre-inyección.

Esta búsqueda llevará, algunos años más tarde, a utilizar sistemas de control de la inyección totalmente electrónicos que permiten adaptar el caudal de inyección y la inyección, a fin de optimizar el funcionamiento y rendimiento.

La regulación electrónica del motor permite:
- Regulación óptima del caudal de arranque.
- Regulación del ralenti independiente de la carga.
- Regulación del caudal óptimo de inyección de plena carga.
- Determinación exacta del comienzo de la inyección.
- Regulación de la re-circulación de gases de escape.
- Regulación simplificada del régimen de rotación.
- Interfaz de comunicación para la auto diagnosis.

El último desarrollo para la inyección de combustible en un Motor Diesel es el conocido como Common Rail. Su principal característica es que no dispone de una bomba inyectora distribuidora, sino que la presión (que alcanza valores muy elevados, pudiendo llegar a ser de aproximadamente 1.350 bar,) se genera en una bomba sin ningún tipo de sincronismo con el cigüeñal. La sincronización de los inyectores se logra por medios electrónicos (captadores, sondas, actuadores, etc.).

El conducto común, (common rail) es una tubería de la que parte una ramificación para cada inyector. La principal ventaja de este sistema es que la presión con que trabaja es casi independiente de las RPM del motor y de su carga; es decir, que aunque el motor gire despacio, es posible inyectar el gasoil a una presión muy alta y casi constante durante todo el proceso de inyección.

El sistema “common rail” ofrece una serie de ventajas con respecto a los sistemas de alimentación tradicionales, que se traduce en una mayor potencia específica, un menor consumo y menor emisión de gases contaminantes; además, los motores resultan menos ruidosos.
Al no haber un sistema mecánico que rija cuándo se debe inyectar el combustible, se puede elegir libremente cuándo inyectar, incluso realizar varias inyecciones en un mismo ciclo. En los sistemas más avanzados hay hasta 5 inyecciones en vez de sólo la pre-inyección y la principal.

El calculador de inyección incorpora los siguientes parámetros:
- régimen motor
- temperatura del agua
- temperatura del aire
- temperatura del combustible
- presión del combustible
- presión atmosférica
- posición del acelerador

Y realiza las funciones siguientes:
- determinar la duración de inyección a partir de la presión de combustible
- gobernar, una pre-inyección y la inyección principal
- gobernar el caudal de combustible inyectado
En la actualidad podría ser interminable la lista de aplicaciones en los que se utiliza un Motor Diesel, tantas, que hasta el propio Diesel se asombraría.

Según las estimaciones, el petróleo se agotará. Es decir, que será muy difícil que la tecnología, dependiente del petróleo y sus derivados, logre sobrevivir. Por lógica, los Diesel tendrán que ir cediendo su espacio a otros tipos de motores, pero no será tan fácil olvidarlos. Mientras que esto suceda, tendremos que seguir con su desarrollo.

Leer tambien
http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2007/09/evolucin-de-los-sistemas-de-inyeccin-en.html

Motores Diesel. La importancia de la inyección electrónica en el control de la contaminación de la atmósfera.

En el mundo actual, el desarrollo económico lleva implícita la necesidad de usar cantidades crecientes de energía.
Buena parte de la energía consumida actualmente en el mundo se obtiene a través de reacciones de combustión y los combustibles más ampliamente empleados son los llamados combustibles fósiles.

Combustión: Combinación de un combustible con un comburente con desprendimiento de calor. En los motores de combustión interna, esta reacción se provoca para aprovechar la energía que libera.

Combustibles fósiles: Sustancias que se han originado por la destrucción o transformación de residuos animales y vegetales de otras épocas geológicas. Petróleo, gas natural y carbón son los combustibles fósiles que se usan en mayor cantidad a escala mundial.

En los compuestos que contienen carbono e hidrógeno, si la combustión es completa, todo el carbono aparece en CO2 y todo el hidrógeno en H2O. Si la reacción es incompleta (porque el oxígeno sea insuficiente o porque el tiempo de reacción haya resultado escaso) aparecen otros productos de oxidación, como CO u otros compuestos de carbono con oxígeno (e hidrógeno).

Por necesidades técnicas, para que la combustión sea realmente completa, hay que aportar más aire del que, teóricamente, según la estequiometría (cantidad de oxígeno, o en su caso aire, que hace falta para quemar una cierta masa de combustible) es necesario; o sea, que en la práctica, con la cantidad teórica de aire no se logra una combustión completa; se requiere un exceso de oxígeno que, aunque quede sin reaccionar, tiene que estar presente. En los motores diesel en general se habla de un 40% de exceso de aire.

La contaminación por NOx

Es bien sabido que los NOx emitidos a la atmósfera pueden causar daños al ecosistema y son especialmente agresivos por su carácter ácido. La creciente contaminación de los NOx ha llevado a las naciones tecnológicas e industrialmente más avanzadas a limitar sus emisiones.

Las técnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden clasificar en dos grupos: aquellas consistentes en modificaciones en la combustión para reducir la formación de los NOx "medidas primarias" o aquellas consistentes en el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx "medidas secundarias".

El desarrollo de los diferentes sistemas que utilizan la electrónica para controlar el funcionamiento del motor las podemos involucrar dentro de las medidas primarias.
En este caso me referiré a las tecnologías de los sistemas electrónicos aplicadas por Caterpillar:

(PEEC) Programable Electronic Engine Control. Control Electrónico
Programable del Motor.

a) La electrónica reemplaza al regulador de velocidad.
b) Todavía se emplea la bomba de combustible.
c) Varillaje del acelerador sustituido por acelerador electrónico.
d) Control electrónico de la relación aire/combustible.
e) Empleo de censores para monitorización.

(MEUI) Mechanical Electronic Unit Injectors. Inyector Unitario Mecánico Electrónico.

a) Inyector unitario electrónicamente controlado y mecánicamente actuado (árbol de levas de inyección).
b) La bomba de transferencia de combustible reemplaza a la bomba en línea (Bomba de inyección).

Funcionamiento inyector unitario MEUI

(HEUI) Hydraulic Electronic Unit Injectors. Inyector Unitario Hidráulico Electrónico

a) Inyector unitario electrónicamente controlado e hidráulicamente actuado (Se elimina el árbol de levas de inyección).
b) La bomba de transferencia de combustible reemplaza a la bomba en línea (bomba de inyección).

De acuerdo con las especificaciones del fabricante, el Motor CAT 3516B operando a 100% de su capacidad le corresponden las siguientes tasas de emisión, expresadas en gramos del contaminante por caballos de fuerza de potencia efectiva por hora:

NOx: 6.9 g/hp-hr
CO: 0.35 g/hp-hr
COV: 0.13 g/hp-hr

Partículas: 0.103 g/hp-hr

Los motores anteriores, de la serie A, tenían inyección de combustible mecánica y producían emisiones de NOx del orden de 12 g/hp-hr.

Este motor de la serie B es una unidad de baja emisión y de mezcla pobre, lo que significa que la proporción del carburante se minimiza respecto de la cantidad de aire en la mezcla aire-combustible.

La tecnología de combustión de mezcla pobre se valió de la inyección electrónica para acercarse al límite de 6.9 g/hp-hr, que es la tasa de emisión de NOx establecida en California para generadores de este tamaño con Motor Diesel.