Encargado de Obra Civil. Maquinaria y Medios Auxiliares: Tren de Potencia
De Construmatica
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Tren de potencia
Se llama tren de potencia al conjunto mecánico formado por todos los elementos que consiguen un giro, que hace avanzar finalmente a la máquina.
El tren de potencia es la parte más importante, en la medida que engloba a un conjunto de sistemas que son los que transmiten la fuerza a la máquina.
Motor
El motor es un elemento mecánico que transforma una fuente de energía en un giro.
Según la naturaleza de esta fuente de energía y su transformación, los motores se clasifican en los siguientes tipos:
- - Eléctrico.
- - Térmico.
- - Hidráulico.
Dentro del motor distinguimos varios circuitos o sistemas, como son los sistemas "IN", "OUT" y "AUX".
a. Motor eléctrico
Como hemos indicado anteriormente, un motor transforma energía, en este caso energía eléctrica en energía mecánica.
Entre sus características se encuentran:
- - Posibilidad de fabricarse en cualquier tamaño.
- - Tiene un par de giro elevado y prácticamente constante.
- - Rendimiento muy elevado. Se encuentra en torno al 80%.
- - Poca movilidad y escasa autonomía debido a su constante dependencia de una fuente de energía fija.
La energía eléctrica tiene la característica de ser muy difícil de almacenar en grandes cantidades, no siendo rentable para su uso en maquinaria de grandes dimensiones, por su nivel de consumo.
En una batería de varios kilos, la energía que contiene equivale a la de 80 gramos de gasolina.
Este tipo de motores son usados en construcción casi exclusivamente para pequeñas herramientas, debido a la escasa autonomía y potencia que proporcionan.
b. Motor térmico
Este tipo de motores pueden ser continuos (turbinas) o alternos (los más usuales).
El funcionamiento de los motores alternos está basado en la transformación química del combustible en energía calorífica y, posteriormente, en energía mecánica, aprovechando la expansión de los gases inflamados en los cilindros en movimiento rectilíneo, y que, por medios mecánicos (cigüeñal), da origen a la rotación de un eje.
Normalmente se les añade el término "de combustión interna" si el proceso se produce dentro de los cilindros.
El combustible puede ser gas (natural, propano,...), gasolina, gasóleo, o incluso aceite de girasol (biocombustibles).
En general, podemos distinguir entre motor de encendido provocado (MEP) y motor de encendido por compresión (MEC).
El número de cilindros y su capacidad nos determinan la potencia del motor. Su número puede ser muy diverso. Los hay de 1 ó 2 cilindros, como sucede en maquinaria pequeña (volquetes, pequeños grupos electrógenos, motocompresores).
En maquinaria pesada lo más usual son los motores de 4 ó 6 cilindros, aunque existen también de 8 y 12 para máquinas mayores.
Según la colocación de los cilindros, se clasifican en:
- - Motor en Línea (que es lo más usual);
- - Motor en V;
- - Motor en Paralelo;
- - Motor en Estrella.
Según el ciclo del motor, se diferencian entre:
- - Motor de 2 Tiempos.
- - Motor de 4 Tiempos.
El motor transforma una fuente de energía en otra que se manifiesta en un giro. Si transforma energía eléctrica será un motor eléctrico, y si la transformación es térmica (por ejemplo, combustión) será motor térmico.
Partes del motor
El bloque motor constituye el cuerpo o estructura básica que soporta todos los demás elementos del motor. Su principal característica es la rigidez, para que sea capaz de realizar grandes esfuerzos sin sufrir deformaciones.
El bloque contiene los cilindros y la bancada, en la que se apoya y gira el cigüeñal.
La parte superior del bloque es perfectamente plana para hacer un cierre hermético con la culata, interponiendo una junta.
En su parte inferior se atornilla el cárter, que sirve como depósito para el aceite de engrase.
Se divide en tres zonas:
- - Culata.
- - Bloque.
- - Cárter.
Funcionamiento del motor
Los cuatro tiempos de funcionamiento del motor son los siguientes:
a) Admisión
La válvula de admisión, situada en la parte superior izquierda del gráfico, se abre permitiendo la entrada del aire en el cuerpo del cilindro.
El pistón baja. La presión se puede decir que es sensiblemente igual a 1 Atm en motores de admisión directa. En motores turboalimentados, la entrada de aire se realiza bajo presión producida por la turbina del turbo, que la transmite al compresor, y éste aumenta el caudal del aire que entra en el cilindro.
b) Compresión
Las válvulas están cerradas. El pistón sube, comprime el aire (40 bar.), que se va calentando debido al incremento de presión, hasta alcanzar una temperatura cercana a los 700 ºC.
c) Combustión o tiempo motor
Al final de la compresión, y con las válvulas cerradas, a través de los inyectores se inyecta el combustible pulverizado, que hace combustión debido a las altas presiones y temperaturas alcanzadas. El cilindro baja impulsado, transmitiendo el esfuerzo al cigüeñal.
d) Escape
Se abre la válvula de escape mientras la de admisión permanece cerrada. El pistón sube y los gases quemados son expulsados.
Si lo representamos en una gráfica de presiones y ciclo, sería como vemos en la Figura 5:
El pistón se mueve impulsado sólo durante el tiempo de combustión, ya que el resto de las veces se mueve gracias a la inercia acumulada en el volante de inercia.
En los motores de 4 tiempos, el cigüeñal da dos vueltas en cada ciclo, lo que supone que aproximadamente un ciclo se produzca entre 20 y 50 veces por segundo.
Circuitos del motor
Dentro del motor podemos distinguir varios circuitos, atendiendo a su funcionamiento.
a) Circuito IN o de Entrada
- Sistema de admisión
Para que un motor funcione debemos introducir aire (oxígeno) dentro del cilindro. Este aire tiene que estar libre de impurezas, para que la combustión del mismo sea lo más perfecta posible y deje el menor número de restos, por lo que este aire debe estar previamente filtrado.
Esto es especialmente importante en el caso de máquinas para la construcción, debido al medio en el que se desenvuelve su trabajo, ya que la concentración de partículas sólidas en suspensión en el ambiente es mucho mayor en las obras. Por lo tanto, nos encontramos un prefiltro, situado en el exterior de la máquina, y un filtro que va junto al motor.
El mantenimiento de estas piezas es vital para la vida del motor, ya que si no se mantienen en correcto estado de limpieza, el motor no recibe la cantidad de aire que necesita en cada momento, ni con la calidad requerida, y se producirían averías.
El buen funcionamiento de la máquina depende de su mantenimiento, en especial de los sistemas de ayuda al funcionamiento.
La localización de la entrada de aire debe prevenir la entrada de polvo, agua, aire caliente o gases de escape.
Es importante evitar la entrada de aire a temperaturas muy altas para prevenir: a) que el motor no cumpla con las normas de emisiones; b) la reducción de la potencia, respuesta y confiabilidad del mismo.
Para conseguir que la entrada de aire esté sincronizada con el movimiento de los pistones, tenemos el sistema de distribución, compuesto por el árbol de levas, los empujadores, los balancines y las válvulas, que también regulan el escape.
La presión a la que entra el aire en el cilindro, por el efecto de aspiración del pistón, es igual a la atmosférica. En cambio, si queremos aumentar la potencia, necesitamos más aire, y la forma en que podemos lograrlo es a través de un compresor.
- El turbocompresor
El turbocompresor está formado por una turbina y un compresor conectados al mismo eje.