Encargado de Obra de Edificación - Maquinaria y Medios Auxiliares: Tren de Potencia
De Construmatica
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Tren de Potencia
Es el conjunto mecánico formado por todos los elementos que consiguen un giro que finalmente hace avanzar a la máquina.
El tren de potencia es la parte más importante en la medida en que engloba un conjunto de sistemas que son los que transmiten la fuerza a la máquina.
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 distintos tipos:
- - Eléctrico.
- - Térmico.
- - Hidráulico.
Dentro del motor se distinguen varios circuitos o sistemas, como los sistemas "IN", "OUT" y "AUX".
a. Motor eléctrico
Como se ha indicado anteriormente, un motor transforma energía, en este caso eléctrica en mecánica; entre sus características se encuentran las siguientes:
- - Posibilidad de fabricarse en cualquier tamaño.
- - Con un par de giro elevado y prácticamente constante.
- - Rendimiento muy elevado, 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; además no es rentable su uso en máquinas de grandes dimensiones por su nivel de consumo.
En una batería de varios kilos la energía que contiene equivale a la de 80 g de gasolina.
Este tipo de motores se emplean en la construcción casi exclusivamente para pequeñas herramientas por la escasa autonomía y potencia que proporcionan.
b. Motor térmico
Puede ser continuo (turbinas) o alterno (los más usuales).
Los alternos basan su funcionamiento en la transformación química del combustible en energía calorífica y posteriormente en energía mecánica aprovechando la expansión de los gases inflamados en los cilindros de movimiento rectilíneo, lo 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, etc.), gasolina, gasóleo o incluso aceite de girasol (biocombustible). Pero en general se puede distinguir entre: motor de encendido provocado (MEP) y motor de encendido por compresión (MEC).
El número de cilindros (muy diverso) y su capacidad determinan la potencia del motor. Puede haber uno o dos cilindros, como en la maquinaria pequeña (volquetes, pequeños grupos electrógenos y motocompresores), pero en la pesada lo más usual es que haya de cuatro a seis, aunque existen también de 8 y 12 para máquinas mayores.
Según la colocación de los cilindros, puede haber:
- - En línea (lo más usual).
- - En "V".
- - En paralelo.
- - En estrella.
Según el ciclo del motor pueden ser de:
- - Dos tiempos.
- - Cuatro 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 un motor térmico.
c. Partes del motor
El bloque motor constituye el cuerpo o la estructura básica que soporta todos los demás elementos del motor. Su principal característica es la rigidez para que sea capaz de sufrir 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:
- - 1. Culata.
- - 2. Bloque.
- - 3. Cárter.
d. Funcionamiento
Los cuatro tiempos de funcionamiento del motor son los siguientes:
1. 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 es sensiblemente igual a 1 Atm en motores de admisión directa; en motores turbo alimentados la entrada de aire se realiza bajo presión por la turbina del turbo, que la transmite al compresor y éste aumenta el caudal de aire que entra en el cilindro.
2. Compresión
Las válvulas están cerradas.
El pistón sube y comprime el aire (40 bar), que se va calentando debido al incremento de presión hasta alcanzar una temperatura cercana a los 700 ºC.
3. 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 combustiona debido a las altas presiones y a las temperaturas alcanzadas.
El cilindro baja impulsado transmitiendo el esfuerzo al cigüeñal.
4. Escape
Se abre la válvula de escape mientras la de admisión permanece cerrada. El pistón sube y los gases quemados son expulsados.
Si se representa en una gráfica de presiones y ciclo, sería como muestra la siguiente figura:
El pistón se mueve impulsado sólo en el tiempo de combustión; el resto de las veces lo hace gracias a la inercia acumulada en el volante de inercia.
En los motores de cuatro 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
Dentro del motor se pueden distinguir varios atendiendo a su funcionamiento:
a. Circuito IN o de entrada
- Sistema de admisión
Para que un motor funcione hay que introducir aire (oxígeno) dentro del cilindro; este aire tiene que estar libre de impurezas para que su combustión sea lo más perfecta posible y deje el menor número de restos, por lo que dicho aire debe estar previamente filtrado, lo que resulta 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, hay 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 en la calidad requerida y se producirán 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 que el motor no cumpla con las normas de emisiones y la reducción de la potencia, respuesta y confiabilidad del mismo.
Para conseguir que la entrada del aire sea sincronizada con el movimiento de los pistones está 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, pero si se quiere aumentar la potencia se necesita más aire y la forma de lograrlo es a través de un compresor.
- El turbo compresor
Está formado por una turbina y un compresor conectados al mismo eje.
La turbina recoge el movimiento de los gases de escape suministrando la energía necesaria para hacer rotar el compresor y que de esta manera la fuerza centrífuga comprima el aire que llega al colector de admisión y que se repartirá a cada cilindro.
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