PROYECTO DE GRADO

SISTEMA EXTERNO DE REFRIGERACION DE ACEITE PARA MEJORAR

LA LUBRICACION

CASO: MOTOR TOYOTA 3SGE DE COMPETICION DE MILLA

POSTULANTE: SERGIO JOEL CALLIZAYA CHILLO

TUTOR: ING. MIGUEL ANGEL CALATAYUD MUOZ

La Paz, febrero del 2013

FIAUTO

Carrera de Ingeniera Automotriz

Universidad de Los Andes

La Paz - Bolivia

Dedicatoria

El tiempo y el esfuerzo invertido para

la culminacin de mi formacin

profesional, es dedicado con todo mi

corazn a Dios y a mi familia, por

todo el apoyo y la confianza

depositada en mi persona, para

lograr alcanzar las metas trazadas.

Tambin dedico el presente, a quienes

constantemente estan a mi lado, a las

personas con quienes siempre

comparto, momentos de alegrias y

tristezas, a cada uno de mis

amigos(as), que me brindan su apoyo

incondicional y son el estimulo para

seguir adelante.

Agradecimientos

Mi gratitud y reconocimiento a:

A Dios por darme salud y la fuerza necesaria, para lograr alcanzar, la

conclusin de mis estudios acadmicos y el presente trabajo de

investigacin.

A mi familia, un agradecimiento muy particular, en especial a mis

padres Juan Carlos y Elsa por su constante apoyo incondicional, gracias

por todo el cario, comprensin y paciencia.

Ing. Miguel ngel Calatayud por su inquebrantable paciencia, durante el

desarrollo del presente trabajo de investigacin, como tambin a mis

revisores por sus aportes importantes, durante el proceso del

proyecto.

A mis, docentes y Administrativos de la Universidad de los Andes, por

brindarme sus conocimientos y experiencia, durante mi formacin

acadmica.

Finalmente a mis amigos y compaeros, de la carrera de Ingeniera

Automotriz, que a lo largo de mi formacin acadmica, dentro de la

misma, estuvieron junto a m, apoyndome en todo momento..

Muchas gracias!

CONTENIDO

Universidad de Los Andes

La Paz - Bolivia

Facultad de Ing. Automotriz

Carrera de Ingeniera Automotriz

ndice

Captulo I ................................................................................................................................. 1

1.- Resumen ejecutivo ........................................................................................................... 1

1.2.- Antecedentes ................................................................................................................. 2

1.3.- Descripcin del objeto de estudio ................................................................................. 2

1.4.- Planteamiento del problema ......................................................................................... 3

1.4.1.- Identificacin ............................................................................................................. 4

1.4.2.- Representacin grafica............................................................................................... 4

1.5.- Objetivo ........................................................................................................................ 5

1.5.1.- Objetivo general ........................................................................................................ 5

1.5.2.- Objetivos especficos ................................................................................................. 5

1.6.-Justificacion ................................................................................................................... 5

1.6.1.- Justificacin social ..................................................................................................... 5

1.6.2.- Justificacin econmica ............................................................................................. 5

1.6.3.- Justificacin tcnica ................................................................................................... 6

1.6.3.- Justificacin medio ambiental. .................................................................................. 6

1.7.- Metodologa .................................................................................................................. 6

1.7.1.- Tipo de investigacin ................................................................................................. 6

1.7.2.- Metodologa ............................................................................................................... 6

1.7.3.- Tcnicas ..................................................................................................................... 7

1.7.4.- Instrumentos .............................................................................................................. 7

1.8.- Alcance ......................................................................................................................... 7

1.8.1.- Espacial ...................................................................................................................... 7

1.8.2.- Temtico .................................................................................................................... 7

1.8.3.- Temporal .................................................................................................................... 8

1.9.- Recursos humanos ........................................................................................................ 8

Materiales y recurso .............................................................................................................. 8

2.-Marco terico ........................................................................................................................ 9

2.-Historia del automvil ...................................................................................................... 9

2.1.-Motor ciclo Otto (4 tiempos) ....................................................................................... 10

2.2.-Partes fundamentales de un motor a gasolina ............................................................ 11

2.2.1.-Elementos fijos del motor..................................................................................... 11

2.2.2.-Elementos mviles del motor ................................................................................... 16

2.3.-Sistemas del motor Otto .............................................................................................. 19

2.3.1.-Sistemas de distribucin ........................................................................................... 19

2.4.-Sistema de refrigeracin .............................................................................................. 20

2.5..-Sistema de lubricacion: ............................................................................................... 25

2.5.1.-Misin principal del aceite: ...................................................................................... 25

2.5.2.-Aceites de lubricacin .............................................................................................. 26

2.5.3.-Caracteristicas fsicas y qumica de los aceites ........................................................ 27

Viscosidad ....................................................................................................................... 27

Adherencia o untuosidad ................................................................................................. 27

Punto de congelacin ...................................................................................................... 28

Punto de inflamacin ...................................................................................................... 28

Estabilidad qumica ......................................................................................................... 28

2.5.4.-Clasificacin de los aceites ....................................................................................... 29

2.5.5.-Sistemas de lubricacin ............................................................................................ 30

2.5.5.2.-Tipos de lubricacin .............................................................................................. 31

2.5.6.-Elementos que componen el sistema de lubricacin ................................................ 34

2.5.6.1.-Bombas de lubricacion .......................................................................................... 35

a).-Bomba de engranajes. .................................................................................................... 36

2.5.7.-Vlvula de descarga .................................................................................................. 39

2.5.8.-Filtrado de aceite ...................................................................................................... 41

2.5.8.1.-Filtros de aceite ...................................................................................................... 41

2.5.9.-El mono contacto (bulbo de presin de aceite) ......................................................... 42

2.6.-Anlisis de aceite ......................................................................................................... 43

2.6.1.-Aditivos lubricantes y sus propiedades ..................................................................... 44

2.6.2.-Propiedades Generales de los Aditivos ..................................................................... 45

2.6.3.-Componentes de desgaste del motor ......................................................................... 45

2.6.4.-Pruebas a realizar en la muestra de aceite................................................................. 46

2.7.-Mecnica de fluidos ..................................................................................................... 50

2.7.1.-Conceptos fundamentales ......................................................................................... 50

2.7.2.-Propiedades de los fluidos ........................................................................................ 51

2.9.-Contaminacin ambiental ........................................................................................... 59

2.10.-Diseo del sistema de refrigeracin de aceite externa ............................................... 60

3.-Marco practico .................................................................................................................... 65

3.1.- diagnstico del estado actual de funcionamiento del motor Toyota 3SGE. ............... 65

3.1.2.-Diagnstico del estado actual de la temperatura de aceite ........................................ 66

3.2 Primer anlisis de aceite realizado en FINNING CAT ................................................. 68

3.2.1.-Resultados de primer anlisis de aceite ................................................................... 68

3.3.- Caracteristicas tcnicas de base del filtro y de radiador de aceite a utilizar ............... 71

3.3.1.- Caractersticas tcnicas de la base del filtro de aceite ............................................. 71

3.4.-Desmontaje del motor Toyota 3SGE ........................................................................... 71

3.4.1.-El desmontaje del motor se realiz del siguiente orden cronolgico: ...................... 72

3.4.2.-Medicin del soporte del filtro de aceite a ser implementado .................................. 72

3.4.3.-Medicin de radiador ................................................................................................ 73

3.4.4.-Implementacin de los componentes . ...................................................................... 73

3.4.5.-Montaje del motor Toyota 3SGE .............................................................................. 75

3.5.-Aceite a utilizar ............................................................................................................ 76

3.5.1.-Cantidad de aceite que se le aumentara al motor ...................................................... 76

3.5.2.-Diagnstico del motor Toyota 3SGE despus de la implementacin. ...................... 77

3.5.3.-Diagnstico de la temperatura de aceite . ................................................................. 79

3.5.3.-Segundo anlisis de aceite realizado en FINNING CAT. ........................................ 81

3.5.4.-Resultados del segundo anlisis de aceite realizado en FINNING CAT. ................ 81

3.6.-Calculo de caudal de bomba de aceite. ........................................................................ 84

3.6.1.-Calculo de caudal del aceite en el intercambiador del calor (radiador)a 800 RPM .. 85

3.6.2.-Calculo del flujo de aire de refrigeracin ................................................................. 87

3.6.3.-Calculo de la temperatura final de salida del intercambiador ................................... 89

3.7.-Anlisis comparativo con el sistema de lubricacin convencional y con el sistema

externao de refrigeracin de aceite ..................................................................................... 90

3.7.2.-Anlisis comparativo de los anlisis realizados entes y despus . ............................ 92

4.-Factivilidad economica y social...................................................................................... 94

5.-Conclusiones y recomendaciones ................................................................................... 97

Anexos ................................................................................................................................ 98

Bibliografia ....................................................................................................................... 100

ndice de grficos

GRAF:1 Bloque de cilindros .............................................................................................. 13

GRAF 2: Culata de motor ................................................................................................... 14

GRAF 3:multiple de admisin ............................................................................................ 15

GRAF 4: Mltiples de escape ............................................................................................. 15

GRAF 5: Pistn o Embolo ................................................................................................ 16

GRAF 6: Biela .................................................................................................................... 17

GRAF 7:Cigueal ............................................................................................................... 18

GRAF 8: Circuito de refrigeracin ..................................................................................... 24

GRAF 9:Elementos susceptibles del lubricacin en el motor ............................................. 27

GRAF:10 Formacin de pelcula de aceite ......................................................................... 25

GRAF 11: Aceites multigrados numeracin ....................................................................... 30

GRAF 12: Elementos del motor con lubricacin a presin ................................................ 31

GRAF 13: Esquema de lubricacin por borboteo ............................................................... 32

GRAF 14: Esquema de un sistema de lubricacin por crter seco ..................................... 34

GRAF 15: Despiece del sistema de lubricacin. ................................................................. 35

GRAF 16: Esquema de funcionamiento de los engranes de la bomba de aceite ................ 36

GRAF 17: Despiece de una bomba de aceite a rodetes ...................................................... 37

GRAF 18:Funcionamiento de la bomba de rodetes ............................................................ 38

GRAF 19: Esquema interior de una bomba de engranajes interiores ................................. 39

GRAF 20: Fuente de la vlvula de descarga ....................................................................... 40

GRAF 21: Filtro de aceite ................................................................................................... 42

GRAF 22: Vista interna del filtro de aceite ........................................................................ 42

GRAF 23: Esquema y funcionamiento del bulbo de presin de aceite ............................... 43

GRAF 25:Asociacio de transferencia de calor por conduccin .......................................... 56

GRAF 26: Transferencia de calor por conveccin .............................................................. 58

GRAF 27:Compocicion de los gases de escape .................................................................. 60

GRAF 28: Circuito de lubricacin ...................................................................................... 61

GRAF 29 :Base acopladora de filtro de aceite .................................................................... 63

GRAF 30: Relojes de temperatura y presin de aceite ....................................................... 63

GRAF 31: Sistema de refrigeracin externa ....................................................................... 64

GRAF 32: Presin de aceite del motor a 800rpm ............................................................... 65

GRAF 33: Presin de aceite del motor a 5000rpm. ............................................................ 66

GRAF 34: Temperatura del aceite en el motor a 800rpm ................................................... 67

GRAF 35: Temperatura del aceite en el motor a 5000rpm ................................................. 67

GRAF 36: Primera muestra de anlisis de aceite ................................................................ 68

GRAF 37: Medidas de la base del filtro de aceite .............................................................. 72

GRAF 38: Montaje conducto de filtro de aceite ................................................................. 73

GRAF 39: Montar la base del filtro de aceite en bloque del motor .................................... 74

GRAF 40: Colocar el filtro de aceite y ajustar el filtro ....................................................... 74

GRAF 41: Sistema de refrigeracin externa ya implementado en motor 3SGE ................. 75

GRAF 42: Presin de aceite con el sistema ya implementado a 800rpm ........................... 78

GRAF 43: Presin de aceite con el sistema ya implementado a 5000 rpm ........................ 79

GRAF 44: Temperatura de aceite con el sistema ya implementado a 800 rpm .................. 80

GRAF 45: Temperatura de aceite con el sistema ya implementado a 5000 rpm ................ 80

GRAF 46 : Segunda muestra de anlisis de aceite a 2500 km ............................................ 81

CAPITULO I

GENERALIDADES

Universidad de Los Andes

La Paz - Bolivia

Facultad de Ing. Automotriz

Carrera de Ingeniera Automotriz

1

Captulo I Generalidades

1.- Resumen ejecutivo

El sistema de lubricacin del automvil est dado por una sustancia llamada aceite la

cual evita el contacto entre dos o ms piezas en movimiento mediante la formacin de

una pelcula protectora de aceite. Este sistema consta de los siguientes componentes:

bomba de aceite la cual es encargada de generar presin1 para impulsar el aceite por

el circuito de lubricacin, el filtro de aceite su funcin es de filtrar el aceite de las

impurezas que esta pueda tener, las venas de lubricacin las cuales son encargadas de

m llevar y expulsar el lubrcate a partes especificas donde existe mayor friccin y el

crter el cumple dos funciones la de almacenar el aceite y tambin es el encargado de

disipar o transferir el poder calorfico del aceite generado por el motor hacia el medio

ambiente es por eso que el crter esta hecho de un material muy delgado para facilitar

la transferencia de calor.

En el sistema de lubricacin un punto muy importante es la refrigeracin del

lubricante, la cual en los motores convencionales la temperatura de funcionamient

u ri t r s 90 C pero en vehculos de competencia como ser en el caso

de 1/4 de milla se necesita una refrigeracin mucho ms eficiente o eficaz ya que en

este tipo de motores las temperaturas llegan a rangos mucho ms elevados 110 C que

en los de los vehculos convencionales debido al alto rendimiento que se les exige a

estos.

Es por eso que este trabajo pretende mejorar la refrigeracin del lubricante en el

motor 3SGE Toyota preparado para de milla mediante la creacin e implantacin

de un sistema de refrigeracin de lubricante externa la cual nos ayudara a llevar el

aceite a una temperatura adecuada la cual nos brindara una buena lubricacin y por

ende un buen y ptimo funcionamiento del motor para su buen rendimiento en

competencia.

1 Presin en fsica es la relacin que existe entre fuerza y la superficie sobre la que se ejerce

2

1.2.- Antecedentes

El autor Santini Trivio en su libro The art of modification trabajo con distintas

variantes las cuales son:

Quienes necesitan una mejor refrigeracin de aceite

Que tipos de vehculos

Actualmente quienes constan de este tipo de acoplamiento

Que genera la instalacin de este tipo de componentes

el autor tomo como referencia a cual tipo de vehculos sera necesario poner este tipos

de elementos para la refrigeracin de aceite y cules no , aun vehculo con funciones

regulares no es necesario porque la lubricacin satisface su requerimientos bsico

mientras que en uno de competencia las cuales la temperatura aumentan necesitan un

instalacin de refrigeracin del aceite segn este mismo autor denota que en la

actualidad los automviles que se les acopla este mecanismo son los de competencia

rally o nascar2 este tipo de acoplamiento ya que este tipo de vehculos se les exige un

alto rendimiento en altas revoluciones pero este mismo artculo no describe cmo

cuales son las pruebas que se realizan solo menciona todo lo anterior mencionado

1.3.- Descripcin del objeto de estudio

El objeto de estudio es el motor Toyota 3SGE y su sistema de lubricacin.

El motor Toyota 3SGE de competicin de milla tiene una cilindrada de 2000cc

consta de los siguientes componentes en primer lugar consta de una culata diseada

por Yamaha la cual ofrece una mayor resistencia de temperatura debido al alto

2 NASCAR hace referencia a las siglas en ingls de National Association for Stock Car Auto Racing

("Asociacin Nacional de Carreras de Automviles de Serie")

3

rendimiento que se le exige en de milla, bajo peso (aleacin3 de aluminio ligero) y

mejor resonancia de flujo de aire

Consta de un filtro de aire de alto rendimiento Apexi para mejorar la entrada de aire

con menor esfuerzo de restriccin consta tambin de conducto de aluminio entre filtro

de aire y mltiple de admisin para bajar la temperatura del aire

Este consta de un trabajado de culata pulido de conductos de admisin y escape para

que este tenga un mejor flujo de aire sin restricciones en los conductos de escape y

admisin, tambin consta con el pulido de cmara de combustin para que esta tenga

una distribucin de fuerza homognea en ciclo de explosin.

Consta de prensa y disco de embrague de 6 puntas esto para mejorar la reaccin al

momento de la partida. Este motor consta de un sistema de lubricacin convencional

el cual est formado por un circuito de lubricacin, una bomba de aceite, filtro de

aceite, venas inyectoras, crter y tamiz.

1.4.- Planteamiento del problema

Se ha observado que este motor sufre la carencia de buena lubricacin debido al alto

rendimiento que se les exige la competencia cuarto de milla

La mala refrigeracin del lubricante genera los siguientes problemas:

El desgaste prematuro de las piezas se genera por la mala lubricacin de los

componentes internos del motor , la mala lubricacin est dada por el adelgazamiento

excesivo que sufre el aceite debido al elevado nivel de temperatura que est sometido

u ri t qu s r s s s r g s fu i mi t rm it (90C), y

por esto mismo no se genere una pelcula de aceite entre la piezas en movimiento en

el motor provocando un rozamiento directo entre las piezas que nos lleva a un

desgaste prematuro de los componentes del motor como ser de los mismos cilindros

,pistones ,cigeal, ejes etc.

3 Aleacin es una mezcla homognea, de propiedades metlicas, que est compuesta de dos o ms

elementos, de los cuales, al menos uno es un metal.

4

El aceite adems de lubricar los componentes internos del motor el lubricante

tambin cumple la funcin de sellar la cmara de combustin en el momento de la

compresin , cuando esta se sobrecalienta provoca un adelgazamiento excesivo del

aceite el cual nos provoca un mal sellado del cilindro para la compresin provocando

un bajo rendimiento del motor.

Al llevar el aceite a temperaturas fuera del rango de funcionamiento normal

provocamos un deterioro prematuro del lubricante. El aceite tambin contiene

aditivos los cuales mejoran las propiedades del lubricante y cuando el aceite se

sobrecalienta esto genera la perdida de esos aditivos.

1.4.1.- Identificacin

Deficiencia en la refrigeracin del aceite en el motor Toyota 3SGE de competicin

de milla.

1.4.2.- Representacin grafica

5

1.4.3.- Formulacin

Cmo mejorar el sistema de refrigeracin del aceite en el motor Toyota 3SGE de

competicin de milla para que tenga una buena lubricacin en el motor?

1.5.- Objetivo

1.5.1.- Objetivo general

Implementar un sistema externo de refrigeracin de aceite para mejorar el sistema de

lubricacin en el motor Toyota 3SGE de competicin de milla, la cual constara de

un radiador de aceite, base acopladora, tubera .relojes de presin y temperatura de

aceite.

1.5.2.- Objetivos especficos

1. Realizar anlisis de termodinmica en el sistema de lubricacin

2. Realizar anlisis y pruebas de temperatura en el aceite del motor Toyota

3SGE

3. Realizar anlisis y pruebas de temperatura en el aceite con el sistema de

refrigeracin externa de aceite ya implantado.

4. Analizar las ventajas del uso del sistema de refrigeracin externa de aceite en

el motor Toyota 3SGE de competicin de milla

1.6.-Justificacion

1.6.1.- Justificacin social

Este proyecto pretende adems de la creacin e implementacin de un sistema

externo de refrigeracin de aceite mejorar la informacin para que las personas que

quieran hacer un preparado de automviles tengan un antecedente el cual estn

basados en conocimientos fundamentados en estudios cientficos.

1.6.2.- Justificacin econmica

La no implementacin del sistema externo de refrigeracin de aceite en el motor

3SGE Toyota de competicin de milla conlleva a una mala lubricacin la cual

6

provoca deterioro prematuro de piezas las cuales tienen que ser reemplazadas y estas

tienen un costo elevado. Con la implementacin de este sistema refrigeracin de

aceite externa evitamos un cambio innecesario de piezas por lo tanto la instalacin de

este sistema nos lleva a una solucin econmicamente favorable.

1.6.3.- Justificacin tcnica

El desarrollo del sistema externo de refrigeracin del aceite es factible porque

contamos con todas las herramientas para la elaboracin implementacin tambin

contamos con las herramientas para las pruebas que se realizaran una vez ya

implementada en el motor Toyota 3SGE.

1.6.3.- Justificacin medio ambiental.

La carencia de la implementacin 4de este sistema externo de refrigeracin de aceite

nos lleva a que el aceite pierda su viscosidad y se adelgace excesivamente hasta que

esta llega a ingresar a la cmara de combustin interna por medio de las guisa de

vlvulas y de esta manera quemarse provocando gases txicos como xidos de

nitrgeno (NOx) hidrocarburos (HC) los cuales salen directamente hacia el medio

ambiente daando la capa de ozono , con la implementacin de este sistema evitamos

estos gases nocivos5 para el medio ambiente y es una solucin ambientalmente

factible.

1.7.- Metodologa

1.7.1.- Tipo de investigacin

El tipo de investigacin que emplearemos en este proyecto sist m externa de

r frig r i it corresponde a la descriptiva ya que en esta vamos a conocer

sus caractersticas las funciones de estas y los fenmenos que suceden para despus

mejorarla.

1.7.2.- Metodologa

4 Implementacin: es la realizacin de una aplicacin, o la ejecucin de un plan, idea, modelo

cientfico. 5 Nociva adj. Daina, perniciosa, perjudicial.

7

La metodologa que emplearemos para realizar este proyecto es la de Analtico-

Experimental ya que vamos hacer una descomposicin de las partes de sistema de

lubricacin para analizar y una vez recolectada toda la informacin mejoraremos el

sistema de lubricacin en el motor Toyota 3SGE de competicin de milla

mediante la implementacin de un sistema externo de refrigeracin de aceite para qu

una vez ya implementada se realicen pruebas experimentales para comprobar los

resultados esperados.

1.7.3.- Tcnicas

Las tcnicas que emplearemos son:

Tcnicas de revisin documental

Tcnica de observacin

1.7.4.- Instrumentos

Los instrumentos que implementaremos para este proyecto son

Formularios

Bitcora

Grabaciones de video

Fotografas

1.8.- Alcance

1.8.1.- Espacial

El presente proyecto se realizara y se implementara en la zona Irpavi de la ciudad de

la Paz de Bolivia y las pruebas se realizaran en la localidad de Pucarani de la ciudad

de la Paz Bolivia.

1.8.2.- Temtico

8

El presente trabajo comprende el estudio profundidad de las reas de

Termodinmica, mecnica fluidos para llegar a una buena recaudacin de

informacin para la buena elaboracin de este proyecto.

1.8.3.- Temporal

El presente proyecto mejorara el sistema del lubricacin mediante la implementacin

de un sistema externo de refrigeracin de aceite se llevara a cabo desde Septiembre

del 2012 hasta el mes de Febrero del 2013 tiempo en el cual se terminara el proyecto

en su totalidad.

1.9.- Recursos humanos

Los recursos humanos que utilizaremos son:

Experto en mecnica de fluidos l nos va a dar asistencia en el clculo de la

refrigeracin por el radiador para la fundamentacin de la implantacin del

sistema de refrigeracin de aceite externa.

Experto en termodinmica l nos va a dar asistencia en el clculo de la

refrigeracin por radiacin para la fundamentacin de la implantacin del

sistema de refrigeracin de aceite externa.

Materiales y recurso

Los materiales que vamos a utilizar realizar el presente proyecto:

Material para toma de datos (libros, papel, bolgrafo)

Reloj de temperatura

Reloj de presin de aceite

Equipos de torquimetro

Herramientas (llaves, pernos, estuche de dados etc.)

CAPITULO II

MARCO TEORICO

Universidad de Los Andes

La Paz - Bolivia

Facultad de Ing. Automotriz

Carrera de Ingeniera Automotriz

9

Capitulo II Marco terico

En este captulo del proyecto conoceremos el funcionamiento de un motor de cuatro

tiempos y juntos con los conceptos relacionados con el motor que nos ayudaran a

realizar el proyecto, tambin entenderemos conceptos de mecnica de fluidos que nos

servirn para el estudio e investigacin del buen funcionamiento del motor una vez ya

implantada.

2.-Historia del automvil

La historia del automvil empieza con los vehculos autopropulsados por vapor

del siglo XVIII. En 1885 se crea el primer vehculo automvil por motor de

combustin interna con gasolina. Se divide en una serie de etapas marcadas por los

principales hitos tecnolgicos.

Nicolas-Joseph Cugnot (1725-1804), escritor e inventor francs, dio el gran paso, al

construir un automvil de vapor, diseado inicialmente para arrastrar piezas de

artillera. El Fardier, como lo llam Cugnot, comenz a circular por las calles de Pars

en 1769. Se trataba de un triciclo que montaba sobre la rueda delantera una caldera y

un motor de dos cilindros verticales y 50 litros de desplazamiento; la rueda delantera

resultaba tractora y directriz a la vez, trabajando los dos cilindros directamente sobre

ella. En 1770 construy un segundo modelo, mayor que el primero, y que poda

arrastrar 4'5 toneladas a una velocidad de 4 Km./h. Con esta versin se produjo el que

podra considerarse 'primer accidente automovilstico' de la historia, al resultar

imposible el correcto manejo del monumental vehculo, que acab chocando contra

una pared que se derrumb fruto del percance. Todava tuvo tiempo Cugnot de

construir una tercera versin en 1771, que se conserva expuesta en la actualidad en el

Museo Nacional de la Tcnica de Pars.

En 1784 William Murdoch construy un modelo de carro a vapor y en 1801 Richard

Trevithick condujo un vehculo en Camborne (Reino Unido).1 En estos primeros

vehculos se desarrollaron innovaciones como el freno de mano, las velocidades y el

volante.

10

En 1815 Josef Bozek, construy un auto con motor propulsado con aceite.2 Walter

Hancock, En 1838, Robert Davidson construy una locomotora elctrica que alcanz

6 km por hora. Entre 1832 y 1839 Robert Anderson invent el primer auto

propulsado por clulas elctricas no recargables.

El belga Etienne Lenoir hizo funcionar un coche con motor de combustin interna

alrededor de 1860, propulsado por gas de carbn.

Alrededor de 1870, en Viena, el inventor Siegfried Marcus hizo funcionar motor de

combustin interna s g s i , i m Prim r h M r us.

En 1883, Marcus patent un sistema de ignicin de bajo voltaje que se implant en

modelos subsiguientes.

Es comnmente aceptado que los primeros automviles con gasolina fueron casi

simultneamente desarrollados por ingenieros alemanes trabajando

independientemente: Karl Benz construy su primer modelo en 1885 en Mannheim.

Benz lo patent el 29 de enero de 1886 y empez a producirlo en 1888. Poco

despus, Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach, de Stuttgart, disearon su propio

automvil en 1889.

[C.D. Buchanan:1985]

[Int:1]

2.1.-Motor ciclo Otto (4 tiempos)

Los motores de cuatro tiempos se denominaban genricamente Otto en honor a su

inventor, el alemn Nikalous August Otto ). Se basan en la existencia de cuatro

movimientos en el funcionamiento del motor: admisin, compresin y explosin de la

mezcla, y expulsin de los gases quemados. Ideado para combustibles ligeros,

capaces de vaporizarse, se trata de motores de chispa, es decir, que necesitaban la

ayuda de una chispa para iniciar la combustin.

Como el funcionamiento es igual para todos los cilindros que contienen el motor,

tomaremos como referencia uno solo para ver qu ocurre en su interior en cada uno

de los cuatro tiempos.

11

Admisin .al inicio de este tiempo el pistn se encuentra en el PMS6 (punto muerto

superior) en este movimiento la vlvula de admisin est abierta y el pistn en su

carrera o movimiento hacia abajo y esto va creando un vaco dentro el cilindro a

medida de que alcanza el PMI (punto muerto inferior). El vaco que crea el pistn en

este tiempo, provoca que la mezcla aire combustible que se enva a travs del

mltiple de admisin penetre a al cilindro a travs de la vlvula de admisin abierta.

Compresin.-Una vez que el pistn alcanza el PMI(punto muerto inferior) el rbol de

levas que gira sincronizada mente con el cigeal esta hace cerrar la vlvula de

admisin mientras que la de escape permanece cerrada, en este punto el pistn

empieza su carrera hacia PMS( punto muerto superior) en la cual la mezcla aire

combustible se somete a la compresin.

Explosin.-una vez el pistn est en PMS7 (punto muerto superior) y la mezcla aire

combustible ha alcanzado el mximo de comprensin se genera un arco voltaico el

cual est dado por la buja la cual inflama la mezcla aire combustible y hace que se

expanda hasta que el pistn llegue a PMI ( punto muerto inferior )

Escape.- el pistn a hora que se encuentra de nuevo en PMI (punto muerto inferior)

despus de haber ocurrido el tiempo dela explosin la vlvula de escape se abre, en

la cual el pistn empieza su carrera de asenso hasta el PMS mientras va expulsando a

travs de la vlvula abierta los gases ya quemados.

[Fernando L.:2009]

[int:2]

2.2.-Partes fundamentales de un motor a gasolina

El motor est constituido por partes fijas y mviles.

2.2.1.-Elementos fijos del motor

Son los que componen el armazn y la estructura externa del motor y cuya misin es

alojar, sujetar y tapar los elementos del conjunto. Estos son: 6 PMS punto muerto superior carrera en la cual el pistn se encuentra en la parte superior del cilindro.

7 PMI punto muerto inferior denota que el pistn se encuentra en la parte inferior del cilindro.

12

Bloque de cilindros

Culata

Mltiple admisin y escape

Crter

a).-Bloque de cilindros.- El bloque del motor con su ubicacin central est fijado

directamente sobre el chasis mediante los soportes, se encuentra entre la culata de

cilindros y el depsito de aceite (crter), y su diseo presenta grandes agujeros

denominados cilindros, lugar donde se mueven los pistones.

Adems de servir de soporte estructural para todo el resto del motor, el bloque

cumple adems la funcin de disipar el calor por conduccin8 a travs de su cuerpo y

debe poseer la suficiente rigidez para soportar la fuerza originada por el mismo

trabajo del motor.

El bloque del motor est estrechamente relacionado con el tipo de motor, ya que su

diseo nos marca si el motor tendr 4, 6 o ms cilindros, si el motor es en lnea o en

V segn la disposicin de los cilindros, etc.

En el bloque podemos observar otros orificios y conductos destinados a otra

funciones, como por ejemplo los orificios para las varillas de empuje, los conductos

destinados a la circulacin de agua y anticongelante, los espacios destinados al

montaje del cigeal, bomba de agua, bomba de gasolina, y para el filtro de aceite.

[Arias paz :2006]

8 Conduccin la transmisin de calor por contacto directo o la transmisin de calor a travs de los

cuerpos.

13

FIG Nro:1 Bloque de cilindros

Fuente propia [fotografa]

b).-Culata.- Es la tapa de los cilindros y se fija al bloque por medio de pernos. La

culata puede estar hecha de aluminio o de aleaciones ligeras, en su interior posee

aberturas que se comunican con las camisas de agua en el bloque de cilindros.

En la culata se instala las vlvulas de admisin y escape, los elementos de

carburacin o inyeccin.

Entre la culata y el bloque se encuentra el empaque (o junta) de la culata que hace

impermeable y hermtica la unin.

La culata debe ser resistente a la presin de los gases, buena conductividad trmica,

resistente a la corrosin un poseer un coeficiente de dilatacin igual al del bloque de

cilindros.

En la superficie pulida de la culata que se une al bloque de los cilindros, existen una

seria de depresiones poco profundas que forman junto con las coronas de los pistones

las cmaras de combustin, en estas depresiones se hallan los asientos de las vlvulas

y las aberturas a travs de las cuales las bujas penetran en las cmaras de combustin

14

GRAF 2: Culata de motor

FUENTE: http://carlalimachichui.wordpress.com/2011/11/07/motor-de-combustion-

interna/

c).- Mltiple de admisin.- Son conductos por los que se transporta la mezcla

dosificada9 de la base del carburador a los cilindros del motor. Tienen un efecto

turbulencia a fin de rodear completamente de oxgeno a la gota de combustible.

Adems los ductos del mltiple de admisin trasmiten una cantidad de calor a la

mezcla a fin de mejorar su combustin generalmente estn hechos de materiales muy

ligeros como aluminio magnesio incluso plstico

[Arias paz :2006]

9 Dosificada regular la cantidad o porcin de otras cosas

15

GRAF 3: mltiple de admisin

FUENTE: http://www.todomotores.cl/competicion/multiple_admision.htm

d).-Mltiple de escape.-Son los conductos por los cuales se transportan los gases

generados por la combustin10

en el motor los cuales son guiados por varios

conductos hacia el exterior generalmente estos estn construidos de hierro fundido o

de algn otro material el cual resista altas temperaturas.

GRAF 4: Mltiples de escape

FUENTE (Propia)

10

Combustin reaccin entre el oxgeno y un material combustible que, por desprender energa, suele

causar incandescencia o llama:

16

2.2.2.-Elementos mviles del motor

Son los encargados de transformar la energa qumica del carburante en energa

mecnica. Estos elementos son:

El pistn.

Las bielas.

El cigeal

a).- Pistn.- Su fabricacin es de aluminio, acero fundido o hierro, siendo su funcin

principal la de transmitir a la biela, la fuerza originada en el proceso de combustin.

Al realizar esto las posiciones angulares de la biela permiten que se ejerzan un

esfuerzo considerable en un lado de las paredes de los cilindro y este empuje es

creado por el faldn del embolo.

El embolo tiene tres alojamientos para tres anillos. Lo anillos superiores se llaman

anillos de compresin porque su funcin es la de detener los gases a alta presin

dentro del cilindro y evitar en esa forma el escape de ellos hacia el interior del bloque

de cilindros en las carreras de compresin y de potencia. El anillo inferior

generalmente es el controlador del aceite. El objetivo de este anillo es el de quitar el

aceite que est por dems y permitir una buena lubricacin en las paredes del cilindro.

GRAF 5: Pistn o Embolo [Arias paz :2006]

Fuente: [Hermgenes G. 2000]

17

b).-Biela.- La biela es una pieza del motor que tiene la misin de transmitir al

cigeal los esfuerzos generados mediante la combustin.

Son fabricadas en aceros especiales, aunque en menor medida se pueden hallar de

aleaciones de titanio, mediante un proceso de forjado y mecanizado en el cual se

destacan la formacin de ejes de cabeza y pie.

E st pr s s i r s ist i s tr i h s j s, su p r ism y

diversos espesores, que garantizarn no solo el funcionamiento eficiente de la misma

en el motor, sino adems la adaptacin con el resto de las partes.

La cabeza de la biela presenta una articulacin que acciona directamente con el

cigeal, el pie conecta al buln con el pistn y el cuerpo es la parte que une a estos

dos ejes.

[Int :3]

GRAF 6: Biela

Fuente: [Hermgenes G. 2000]

18

c).-Cigeal.- El cigeal es la pieza del motor encargada de transformar el

movimiento alternativo del pistn en un movimiento circular.

Tambin es la parte del motor que transmite la potencia desarrollada por el

mecanismo biela-manivela o conjunto de manivelas, siendo uno de los elementos ms

importantes del sistema.

En los motores con los cilindros en lnea, el cigeal est formado por tantas

manivelas como cilindros. En los motores con los cilindros opuestos el nmero de

manivelas puede ser el mismo que el de cilindros o slo la mitad. En los motores en

V, generalmente el nmero de manivelas es la mitad del de cilindros.

[int:4]

GRAF 7: Cigeal

Fuente: [Hermgenes G. 2000]

19

2.3.-Sistemas del motor Otto

2.3.1.-Sistemas de distribucin

El sistema de distribucin es el conjunto de elementos que regulan la apertura y cierre

de vlvulas en el momento oportuno y a su vez la entrada de la mezcla, (gases

frescos) y la salida de los gases residuales de los cilindros, en el momento adecuado

despus de producirse la explosin.

Del momento en el cual se realice la apertura y cierre de las vlvulas de admisin y

escape, as ser el correcto funcionamiento del motor (avance y retraso a la apertura y

cierre de las vlvulas correspondientes)

Elementos del sistema de distribucin

Los elementos principales des sistema de distribucin son rbol de levas, engranaje

de mando, vlvulas.

Se clasifican de acuerdo con su funcin en :

Elementos interiores

Vlvula de admisin

vlvula de escape

Elementos exteriores

rbol de levas

a).-Elementos interiores

Vlvulas.- En cada vlvula, se distinguen dos partes: cabeza y cola . La cabeza, que

tiene forma de seta, es la que acta como verdadera vlvula, pues es la que cierra o

abre los orificios de admisin o escape. La cola o vstago, (prolongacin de la

cabeza) es la que, deslizndose dentro de una gua, recibir en su extremo opuesto a

la cabeza el impulso para abrir la vlvula.

20

Las vlvulas se refrigeran por la guas, principalmente, y por la cabeza. Las vlvulas

que ms se deterioran son las de escape, debido a las altas temperaturas que tienen

que soportar 1000 C.

b).-Elementos exteriores

Son el conjunto de mecanismos que sirven de mando entre el cigeal y las vlvulas.

Estos elementos son: rbol de levas, elementos de mando, empujadores o taqus y

balancines. Segn el sistema empleado, los motores a veces carecen de algunos de

estos elementos.

rbol de levas

Es un eje que controla la apertura de las vlvulas y permite su cierre. Tiene

distribuidas a lo largo del mismo una serie de levas, en nmero igual al nmero de

vlvulas que tenga el motor.

[Arias Paz:2006]

2.4.-Sistema de refrigeracin

Al hablar del motor de explosin decamos que en su funcionamiento se aprovechaba

parte de la energa qumica existente en un combustible y que se transformaba en

energa mecnica.

La transformacin se haca mediante la inflamacin de la mezcla que produca una

explosin. En esta explosin se desarrolla un extraordinario calor, hasta el punto que

la mayor parte de la energa que no se utiliza, s da lugar al calentamiento y por

consiguiente a muy elevadas temperaturas en los elementos y piezas de la cmara de

explosin, principalmente durante el tiempo de escape.

21

Esta temperatura, que en el momento de la explosin se acerca a los 2.000 grados

(temperatura instantnea), producira una dilatacin11

tal, que las piezas llegaran a

agarrotarse, dando lugar por otra parte a una descomposicin del aceite de engrase.

Ahora bien, no solamente se produce calor en la cmara de compresin, sino tambin

en los cilindros, pues aun cuando en ellos no tiene lugar la explosin y no estn

sometidos a la temperatura instantnea que sta provoca, s lo estn a la de los gases

durante el tiempo de explosin y por otra parte al calor producido por el frotamiento

continuo del pistn sobre sus paredes.

Para eliminar en parte ese calor y evitar los perjuicios que puede ocasionar se recurre

a la refrigeracin de las piezas o elementos del motor que ms calor reciben. Ello se

consigue con el sistema de refrigeracin.

Este calor absorbido no ha de ser ni muy poco (ya que producira dilataciones), ni

muy elevado (pues bajara el rendimiento del motor notablemente).

Aproximadamente se eliminar por el sistema de refrigeracin un 30% del calor

producido en la explosin o combustin.

Adems de estas grandes dilataciones, las altas temperaturas producidas en los

motores hacen que la cantidad de mezcla que llega a los cilindros sea pequea, por lo

que es necesario para el aumento de rendimiento del motor, dotarlo de un sistema de

refrigeracin. Tambin ocurre que, debido a las altas temperaturas, el aceite de

lubricacin pierde sus propiedades lubricantes. Las partes que requerirn mayor

refrigeracin, sern aquellas sometidas a ms altas temperaturas. Estas son: la culata

(especialmente las zonas de proximidad a la vlvula de escape), las vlvulas (con sus

asientos y guas) y los cilindros (debido al roce con el pistn).

Es el sistema generalizado que utilizan los automviles actuales.

11

Dilatacin variacin del volumen de un cuerpo por la accin del calor, que separa las molculas y

disminuye la densidad:

22

En este sistema cilindros y bloque de cilindros constituyen una envoltura en cuyo

interior circula el lquido de refrigeracin. El lquido refrigerante circula igualmente

por el interior de la culata a travs de unos huecos previstos al efecto (cmaras de

lquido).

Las cmaras estn uniformemente repartidas alrededor de la cmara de combustin y

cilindros. Este lquido, que se calienta al contacto con las paredes, es a continuacin

dirigido hacia el radiador, donde cede su calor al aire ambiente, para volver despus

al bloque de cilindros.

Elementos de los sistemas de refrigeracin

A continuacin describimos los elementos componentes de un sistema de

refrigeracin por circulacin forzada de lquido:

Cmara de agua.

Radiador.

Uniones elsticas.

Bomba de agua.

Ventilador o electro ventilador.

Termostato.

Elementos de control.

[Arias Paz:2006]

[int 5]

23

GRAF 8: Circuito de refrigeracin

Fuente: http://www.hella.com/ /Wholesalers/Thermo_Management/

2.5.-Sistema de lubricacin

Los elementos en movimiento del motor estn sujetos a rozamientos durante el

funcionamiento. Estos elementos absorben una cantidad de trabajo que se transforma

en calor, resultado de ello una prdida de energa por rozamiento12

. Esta energa

absorbida y transformada en calor puede ser elevada, haciendo que las piezas se

dilaten. Si las piezas del motor se dilatan en exceso por un rozamiento excesivo se

puede llegar gripar13

, provocando una grave avera en el motor.

12

Rozamiento Fuerza que se produce entre dos superficies en contacto y que se opone al resbalamiento

de un cuerpo sobre otro 13

Gripar accin de que se bloquea .

24

GRAF 9:Elementos susceptibles del lubricacin en el motor

Fuente: http://luis-luisibarra.blogspot.com/2011/06/sistemas-de-lubricacion-del-

motor-otto.html

Al utilizar un lubricante (aceite motor) entre piezas que se mueven en contacto, el

rozamiento entre ellas ser ms suave, el trabajo absorbido ser menor y, por tanto,

sern menores las prdidas la energa transformada en calor. Esta pelcula de aceite,

que se interpone entre las superficies de contacto, queda dividida en tres capas; dos de

ellas se adhieren por capilaridad a las superficies metlicas que impregnan, mientras

la tercera capa, o capa intermedia, hace de cojinete comn, en forma de cojn

hidrulico, entre las superficies sometidas a presin, con lo que disminuye el roce

entre ellas y se amortiguan los ruidos por golpeteo durante su funcionamiento. La

25

superficie de las piezas del motor por muy lisas y pulidas que estn, no son

perfectamente planas, por lo que no queda otro remedio que utilizar un lubricante.

GRAF:10 Formacin de pelcula de aceite

Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm

A pesar del uso del sistema de aceite en el motor sigue habiendo resistencias pasivas

que absorben cierta potencia al motor. Esta resistencia depende del espesor de la capa

de aceite y de la fluidez del mismo, as como de la forma y estado de las superficies

en contacto. Estas resistencias pasivas se transforman en calor, que es absorbido por

el aceite, el cual necesita ser refrigerado para que no se transmita a las piezas en

movimiento.

2.5.1.-Misin principal del aceite:

Lubricar las piezas en contacto por medio de la interposicin de una pelcula de

aceite, para que el rozamiento entre ellas sea lo ms suave posible y as evitar

prdidas de potencia por rozamientos.

Absorber el calor producido por los rganos en movimiento y transportarlo al crter

donde es refrigerado.

26

Amortiguar los golpes en las piezas sometidas a desplazamientos por la accin de

empuje de otros elementos, como son: muequillas, apoyos de bancada, etc.,

eliminando a la vez los ruidos procedentes del golpeteo.

Efectuar la limpieza de los rganos en contacto al arrastrar en su recorrido las

partculas procedentes de la accin esmeriladora entre ellos, limpiando adems las

paredes de los cilindros de partculas de carbn adheridas a ellos procedentes de la

combustin.

Efectuar, por ltimo, una accin de sellado en los segmentos, haciendo hermtica la

cmara de compresin.

2.5.2.-Aceites de lubricacin

Los aceites empleados en la lubricacin de los motores son generalmente aceites

minerales, aunque desde hace unos aos tambin se utilizan los aceites sintticos. Los

aceites minerales se obtienen de la destilacin de petrleo bruto. El aceite de engrase

para motores est sometido a elevadas temperaturas y presiones, lo cual hace que

tiendan a descomponerse, anulando as sus propiedades lubricantes; por tanto, la

calidad de estos aceites debe ser tal que no se quemen ni deterioren. Para ello se

emplean los aceites minerales base, obtenidos del petrleo, mezclados con aditivos

que mejoren sus cualidades.

Los aditivos principales que se aaden al aceite de motor son los: antioxidantes,

anticorrosivos, detergentes y dispersantes.

Los antioxidantes: disminuyen la tendencia del aceite a degradarse por

oxidacin al contacto por el aire.

Los anticorrosivos: evitan que las piezas del motor en contacto con el aceite

degradado se oxiden.

Los detergentes: tienen la funcin de limpiar las superficies y evitar la

acumulacin de lodos y barnices.

27

Los dispersantes: evitan la acumulacin de partculas y residuos que se

depositan en el crter y los mantienen en suspensin hasta el cambio de aceite.

2.5.3.-Caracteristicas fsicas y qumica de los aceites

El aceite para un motor debe cumplir ciertas caractersticas fsicas y qumicas muy

especficas. Las caractersticas que definen el aceite de motor son:

Viscosidad

La viscosidad14

se define como la resistencia que opone un lquido a fluir por un

conducto. Esta caracterstica es muy importante en los aceites de engrase y debe ser la

adecuada para que cumplan perfectamente la misin encomendada, ya que si el aceite

es muy fluido llenar perfectamente los espacios y holguras entre las piezas en

contacto, pero en cambio, debido a su excesiva fluidez, soportara con dificultad las

cargas y presiones a que debe estar sometido y no eliminara los ruidos de

funcionamiento. Por el contrario, si el aceite es muy viscoso, soportara perfectamente

la presin, pero fluir mal por los conductos de engrase, llenara con dificultad el

espacio entre las piezas y la bomba y necesitara, adems, un mayor esfuerzo para su

arrastre, obligando a consumir mayor energa al motor y ocasionando un mayor

calentamiento del mismo.

Adherencia o untuosidad

La adherencia se define como la capacidad que poseen los aceites de adherirse a las

superficies que impregnan. Esta propiedad en los aceites permite mantener en las

superficies de las piezas en movimiento una pelcula constante de aceite, con lo que la

lubricacin de las mismas es permanente.

Para aumentar la adherencia de los aceites minerales obtenidos del petrleo se aade

como aditivo y en pequeas proporciones, aceites vegetales que poseen gran

adherencia, como son los aceites de palma y de colza.

14

Viscosidad resistencia que tienen a una sustancia moverse.

28

Punto de congelacin

Se llama punto de congelacin a la temperatura ms baja a la cual solidifica un aceite.

Esta temperatura en los aceites de motor debe lo ms baja posible para que conserven

la suficiente fluidez con temperaturas extremas de funcionamiento.

Punto de inflamacin

Se conoce como punto de inflamacin en los aceites la temperatura mnima a la que

se inflaman sus vapores en contacto con un punto incandescente. Los aceites

utilizados en motores suelen tener un punto de inflamacin muy alto; del orden de los

240C.

Estabilidad qumica

Es la capacidad que tienen los aceites de permanecer inalterables con el tiempo a la

oxidacin y a la descomposicin. Para evitar la descomposicin del aceite se aaden

aditivos como hemos dicho en el apartado anterior.

Actualmente en los motores se utilizan, adems, de los aceites de base mineral, los

aceites sintticos y semisinteticos.

Aceites minerales: se obtienen de la destilacin del petrleo bruto.

Aceites sintticos: tienen un contenido mnimo de bases minerales del petrleo

modificadas en laboratorios para balancear su composicin molecular y dar

propiedades diferentes a las bases minerales. Son hechas por procesos qumicos

donde se reestructuran las molculas para que se conviertan en estructuras ms

estables y por ende menos influenciadas a reaccionar adversamente ante otros

compuestos. Los lubricantes sintticos15

tienden a no contener tomos de carbono

sueltos que reaccionan. Estos carbones reaccionan combinndose con el oxgeno

creando as cidos dentro del motor. Los lubricantes sintticos son diseados para

hacer su trabajo eficientemente sin tener recurrir a los aditivos y compuestos que

acompaan a los lubricantes minerales. 15

Sinttico obtenido por procedimientos mecnicos, electrnicos o industriales y que imita otro

29

Aceites semisinttico: son una mezcla de un aceite mineral con uno sinttico. Se

mejoran las cualidades del aceite con respecto a los minerales pero sin llegar a la

calidad del aceite sinttico.

2.5.4.-Clasificacin de los aceites

Los aceites se clasifican principalmente:

Por la viscosidad

Por las condiciones de servicio

Clasificacin por viscosidad

La viscosidad o grado de viscosidad, viene determinada actualmente por SAE

(Society of Automotive Engineers - Sociedad Norteamericana de ingenieros del

automvil). Esta clasificacin relaciona la viscosidad con la temperatura de uso de un

aceite. Consta de 10 grados SAE, los seis primeros, de 0 a 25, van acompaados de la

letra W (Winter - invierno).

Los distintos grados de viscosidad indican la temperatura mnima a la que puede

utilizarse dicho aceite conservando un estado que le permita fluir por los conductos a

la presin adecuada y llegue a todos los puntos del motor que necesitan de engrase

incluso durante el arranque cuando el motor todava esta fro.

De acuerdo al grado SAE de viscosidad los aceites se clasifican en :

Aceites Monogrado: se caracterizan porque tienen solo un numero o grado de

viscosidad (p. ej. 10W). Este nmero indica los mrgenes de temperatura dentro de

los cuales dicho aceite tiene un buen comportamiento. Cuando el nmero o grado

viene acompaado de la letra W (Winter) 16

indica que el aceite permite un fcil

arranque del motor en tiempo fro (temperatura por debajo de 0C). Acorde con la

temperatura del medio ambiente por debajo de 0C, se selecciona el grado SAE que

acompaa a la letra W, ya que cada uno de estos grados est en funcin de dicha

16

Winter invierno

30

temperatura. Los otros grados SAE que no traen la letra W se emplean para

operaciones en clima clido y bajo condiciones severas de funcionamiento.

Este tipo de aceite es adecuado para zonas donde la temperatura ambiente no sufre

variaciones importantes.

Aceite Multigrado: este aceite tiene ms de un grado de viscosidad SAE (p. ej.

15W40). Poseen un alto ndice de viscosidad lo cual les da un comportamiento

uniforme a diferentes temperaturas, tanto en clima fro con el clima clido, por lo que

les hace ms adecuados en climas donde vara mucho la temperatura de verano a

invierno.

GRAF 11: Aceites multigrados numeracin

Fuente:http://www.machinerylubrication.com/ComofuncionaunAceiteMultigrado.asp

2.5.5.-Sistemas de lubricacin

Se ha visto la importancia y necesidad de la lubricacin en el motor para reducir los

rozamientos entre piezas, que provocan perdidas de potencia y un deterioro

prematuro de las piezas del motor. Los elementos del motor que estn sometidos a

friccin y que, por tanto, se deben lubricar son:

Los rganos en rotacin

Los apoyos y las muequillas del cigeal

Los apoyos del rbol de levas y las levas

Los engranajes o la cadena de distribucin

Los rganos deslizantes

31

Los pistones en los cilindros

Las vlvulas en sus guas

Los rganos oscilantes

Los pies de bielas

Los balancines

GRAF 12: Elementos del motor con lubricacin a presin

Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm

2.5.5.2.-Tipos de lubricacin

Los sistemas de engrase empleados hasta la actualidad en la lubricacin de los

motores son los siguientes:

Engrase por barboteo

Engrase a presin

Engrase mixto

Otros tipos de engrase

32

a).-Lubricacin por barboteo

Este sistema de lubricacin por borbote, actualmente en desuso, consista en que las

cabezas de las bielas llevaban unas pequeas cucharillas con un conducto en el fondo

que llegaba hasta al cojinete de biela, a travs del cual y por los conductos del

cigeal se lubricaban los cojinetes de bancada y rbol de levas. Cuando la

muequilla estaba en el punto inferior, la cucharilla se sumerga en el aceite

depositado en el crter y, al ascender, se llevaba una pequea cantidad de aceite que

penetraba por el conducto de engrase del cojinete.

El resto del aceite, por la fuerza centrfuga 17

del movimiento, ser lanzado contra las

paredes del cilindro y dems superficies externas en movimiento que, al escurrir,

penetraba por unos conductos que llegaban hasta los cojinetes de bancada y rbol de

levas

GRAF 13: Esquema de lubricacin por borboteo

Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm

17

Fuerza centrfuga es una fuerza ficticia que aparece cuando se describe el movimiento de un cuerpo

en un sistema de referencia en rotacin.

33

b).-Lubricacin a presin

El engrase a presin consiste en mandar aceite, por medio de una bomba, a todos

aquellos puntos donde se necesita la lubricacin, asegurando, de esta forma, la

alimentacin constante de aceite a los elementos anteriormente citados, para lo cual la

bomba suministra el suficiente caudal a la presin requerida.

c).- Lubricacin mixta

El sistema mixto, actualmente utilizado en todos los motores modernos, consiste en

combinar las ventajas del engrase a presin y barboteo, lubricando a presin los

apoyos del cigeal, rbol de levas, cojinetes de biela y balancines y engrasando por

barboteo los cilindros y superficies externas de los elementos en movimiento.

d).-Otros tipos de lubricacin:

Lubricacin por mezcla

Este tipo de lubricacin se utiliza en motores de 2 tiempos destinados principalmente

a motocicletas. Consiste en mezclar el combustible, normalmente gasolina con un 2,5

a 5% de aceite, de esta manera durante la carrera de admisin del motor el aceite es

aspirado junto con el combustible, pero al vaporizase este, debido a la temperatura

interna, el aceite queda libre y se deposita sobre las superficies de las piezas del

motor a la cuales lubrica.

La ventaja de este sistema es su sencillez, ya que no lleva bomba de engrase, ni

circuito de engrase

Lubricacin por crter seco

Poco empleado en automviles, se usa ms en motocicletas y motores de aviacin. Su

principal caracterstica es que el depsito de aceite, est situado fuera del crter Una

tubera lleva el aceite por gravedad a la bomba de engrase que lo reparte por el

circuito de aceite a presin a todas las piezas que necesitan lubricacin. La niebla

aceitosa se forma igual que en los sistemas de lubricacin anteriores, aunque es

34

menos densa. El aceite que rebosa de los cojinetes y el que resbala por las paredes

internas del motor, caen al fondo del crter, donde una segunda bomba la recoge y lo

enva por otro tubo, nuevamente al depsito.

Este sistema de lubricacin tiene la ventaja principalmente de una mejor refrigeracin

del aceite

GRAF 14: Esquema de un sistema de lubricacin por crter seco

Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm

2.5.6.-Elementos que componen el sistema de lubricacin

Los circuitos de lubricacin a presin, instalados actualmente en los motores, estn

formados por una serie de elementos cuya misin es hacer que el aceite llegue, con la

suficiente presin y limpieza, a los puntos a lubricar, manteniendo la circulacin del

mismo dentro unos lmites de fluidez para un mejor refrigeracin de los elementos

lubricados.

Los elementos empleados para mantener estas condiciones de lubricacin en el

circuito son los siguientes:

35

Bomba de aceite: movida por el propio motor, con capacidad suficiente para

mantener el caudal y la presin necesaria en el circuito.

Vlvula de descarga: empleada para mantener la presin constante del aceite de en el

circuito. Sistema de filtrado y depurado de aceite: sirve para mantener el aceite limpio

de impurezas.

GRAF 15: Despiece del sistema de lubricacin.

Fuente: Manual de reparacin Toyota 3SGE

2.5.6.1.-Bombas de lubricacin

Entre las bombas de lubricacin ms utilizadas en la actualidad para motores de

explosin estn las siguientes

Bomba de engranajes.

Bomba de rotores o rodetes

Bomba de paletas

36

a).-Bomba de engranajes.

Est constituida por una carcasa de aleacin ligera, donde van alojados dos piones

engranados entre s, de los cuales uno, el conducido, gira loco en su eje "impulsado"

por el pin "conductor" que recibe movimiento generalmente del rbol de levas o

directamente de la distribucin. Los engranajes estn alojados en la carcasa cuya

forma interior se ajusta al contorno de estos, formando dos cmaras separadas, una de

aspiracin que comunica con el crter, y otra de presin, comunicada con el circuito

principal.

En su movimiento, los piones aspiran el aceite del crter, a travs del pre-filtro. Los

engranajes giran entre ellos en sentido contrario, de manera que transportan el aceite

en los espacios formados entre los dientes y las paredes de la carcasa, esto crea una

depresin en la cmara de aspiracin que absorbe el aceite del crter La acumulacin

de aceite en la cmara de salida origina la presin de aceite. La bomba de engranajes

tiene una constitucin sencilla, pero cuenta con el inconveniente de que a bajas

revoluciones tiene poco poder de aspiracin.

GRAF 16: Esquema de funcionamiento de los engranes de la bomba de aceite

Fuente : http://hitoriadelmotoragasolina.blogspot.com/2011/06/sistema-de-

lubricacion-averias-causas-y.html

37

b).-Bomba de rotores o rodetes

Est constituida por un rotor o pin conductor que mueve un rodete o rotor provisto

de una serie de entrantes interiores que engranan con los salientes del pin. Este

pin tiene un saliente menos que el rodete dando lugar a la formacin de dos

cmaras, una de aspiracin y otra de presin

GRAF 17: Despiece de una bomba de aceite a rodetes

Fuente: Manual de reparacin Toyota 3SGE

El giro del pin y del rodete hace que la cmara de admisin aumente absorbiendo el

aceite del crter En la cmara de compresin el espacio disminuye y el aceite es

impulsado a presin hacia el circuito principal de engrase. La principal ventaja de

esta bomba es su capacidad de generar altas presiones.

38

GRAF 18: Funcionamiento de la bomba de rodetes

Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm

c).-Bomba de engranajes interiores.

Este tipo de bomba generalmente se monta directamente en el extremo del cigeal

que transmite su movimiento al pin conductor de la bomba. El funcionamiento de

la bomba es similar al de la bomba de engranajes. El sentido de giro de ambos

engranajes es el mismo y el aceite es transportado en el espacio que se forma entre los

dientes y la media luna por sus dos lados, desde la cmara de aspiracin hasta la de

presin. Este tipo de bomba tiene la ventaja de poder suministrar gran cantidad de

aceite desde bajas revoluciones del motor.

39

GRAF 19: Esquema interior de una bomba de engranajes interiores

Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm

2.5.7.-Vlvula de descarga

Las bombas de engrase en su funcionamiento suministran una cantidad de aceite con

una presin que depende directamente del nmero de revoluciones del motor. Por este

motivo, puede llegar un momento en que la presin sea excesiva, ocasionando un

gasto intil de energa y un elevado riesgo de avera en la instalacin.

Para evitar los inconvenientes expuestos se instala en los motores una vlvula de

descarga, que se acopla en la misma bomba de engrase o en el circuito principal de

engrase, la cual cumple en el circuito tres misiones importantes:

Descargar al crter el aceite sobrante cuando el aumento de velocidad del motor hace

excesiva la presin proporcionada por la bomba.

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Regular la presin de aceite, ajustndola al estado y holguras del motor.

Servir como dispositivo de seguridad, ya que descarga el aceite al crter cuando por

obstruccin en las canalizaciones la presin suministrada por la bomba puede dar

lugar a sobrepresiones peligrosas en los conductos del motor.

El funcionamiento de la vlvula se basa en el desplazamiento de un pequeo mbolo

o bola, que cierra, por medio de la accin de un muelle tarado a la presin de aceite

que se necesita. Cuando la presin del aceite suministrado por la bomba sobrepasa un

valor determinado, la bola se desplaza venciendo la fuerza del muelle y parte del

aceite retorna al crter por un conducto alternativo.

La presin que proporciona la bomba de aceite, se puede regular desde el exterior por

medio de un tornillo, dando mayor o menor presin al muelle que empuja a la bola

hacia su posicin de cierre.

La presin de aceite en el motor vara entre 0,5 y 1 bar a ralent, y de 3 a 5 bar de

presin mxima medidas con el motor a temperatura de rgimen.

GRAF 20: Fuente de la vlvula de descarga

Fuente: http://aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm

41

2.5.8.-Filtrado de aceite

El aceite de lubricacin arrastra impurezas en forma de partculas de carbn y polvo

metlico procedente del desgaste de las piezas, impurezas que van quedando

depositadas en el aceite durante su accin lubricante y de limpieza, las cuales han de

ser retenidas para evitar que lleguen a los distintos puntos de engrase, donde

producirn una accin esmeriladora entre las superficies en contacto y que podran

taponar las ranuras y orificios de engrase en los cojinetes.

Con este fin se dispone en el circuito un sistema de filtrado que consiste en intercalar

en el mismo un filtro por donde pasa el aceite antes de llegar a las canalizaciones de

engrase y donde son retenidas las sustancias e impurezas que pueden llevar en

suspensin el aceite, con el objeto de que llegue limpio a los puntos de lubricacin.

El primer paso de filtrado se realiza a la entrada de la bomba, donde se coloca una

malla metlica, ms o menos tupida, llamada colador o pre-filtro, que retiene las

partculas ms gruesas que puede llevar en suspensin el aceite y que podran daar u

obstruir la bomba.

El segundo paso de filtrado, consiste en intercalar a la salida de la bomba un elemento

filtrante a travs del cual se purifica el aceite de engrase. Segn la disposicin de este

elemento en el circuito, el sistema de filtrado puede ser en "derivacin" o en "serie".

2.5.8.1.-Filtros de aceite

Como elemento filtrante se utiliza una lmina de material textil o plstico poroso

(llamado "papel filtrante", aunque no es un papel corriente), que se dobla en forma de

acorden, para que presente mucha superficie al aceite, a cuyo paso opone as poca

resistencia. En caso de que obstruyera por suciedad o avera el elemento filtrante, una

vlvula by-pass dejara paso al aceite para que no se quede el motor sin lubricacin.

Los filtros tienen forma de cartucho y va alojado dentro de un recipiente o carcasa

metlica, con los orificios de entrada y salida de aceite, cuya forma y acoplamiento al

motor varia de unos a otros segn el diseo del fabricante. Esto filtros van adosados

42

en la parte exterior del motor, con fcil acceso al mismo para poder ser recambiados

con facilidad

GRAF 21: Filtro de aceite

Fuente: manual de reparacin Toyota 3SGE

GRAF 22: Vista interna del filtro de aceite

Fuente: http://www.mecanicavirtual.com.ar/p/el-filtro-de-aceite.html

2.5.9.-El mono contacto (bulbo de presin de aceite)

Se coloca en el circuito principal de engrase roscado en el bloque motor, su misin es

detectar si hay presin en el circuito. El mono contacto est constituido por una

membrana que recibe la presin del aceite por una de sus caras y por la otra mueve

unos contactos metlicos que cierran un circuito elctrico. El circuito elctrico

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enciende o apaga la lmpara de presin de engrase situada en el tablero de

instrumentos.

Con el motor parado el contacto elctrico est cerrado por lo que la lmpara

indicadora est encendida. Con el motor en funcionamiento la presin del aceite

empuja la membrana del mono contacto, separando los contactos elctricos por lo que

la lmpara indicadora se apaga. La presin mnima del aceite para que el engrase del

motor sea adecuada esta entre 0,3 y 0,7 bar. En caso de que la lmpara indicadora no

se apague con el motor en marcha es imprescindible parar el motor para que no sufra

averas graves.

[Arias Paz:2006][Albarracin:2000] [Martins:2008] [Scott:2006]

GRAF 23: Esquema y funcionamiento del bulbo de presin de aceite

Fuente: http://ehtmotors.com/opssensor.php?go=6

2.6.-Anlisis de aceite

El principal parmetro que determina la vida til de un motor de combustin interna

es el lubricante, el mismo que est compuesto usualmente de uno o dos tipos de

aceites bsico ms un paquete de aditivos, para seleccionar un aceite de motor, se

recomienda guiarse por el manual del fabricante de dicha mquina, en donde se

indicar la viscosidad y el nivel de servicio o calidad que deber tener el lubricante

seleccionado. Depender de la correcta seleccin del lubricante que el desgaste de las

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piezas del motor est dentro de un rango normal, esto se obtiene en base al anlisis

del aceite usado en el motor, determinando la concentracin, en partes por milln, de

los elementos de desgaste de las piezas del motor como: hierro, cobre, cromo,

aluminio, plomo y silicio.

El anlisis del aceite usado en el motor, es una herramienta del mantenimiento del

motor muy til, puesto que, permite predecir problemas, antes de que estos sucedan,

evitando reparaciones mayores o innecesarias, permite programar reparaciones

pequeas, ayuda a reducir y aprovechar el tiempo inactivo, reduce costos, vigila y

mejora el programa de mantenimiento, permite obtener el mayor rendimiento del

lubricante, extendiendo los intervalos de drenaje o cambio de aceite, al determinar

elementos contaminantes como: residuos metlicos del desgaste de piezas del motor,

polvo, niveles de holln, oxidacin y azufre en el lubricante, presencia de agua o

combustible.

Finalmente, se exponen varios casos en los que se ha realizado el anlisis del aceite

usado, llegando por distintos motivos a la condenacin del aceite de motor, es decir,

concluy la vida til del lubricante, porque uno o varios de los agentes

contaminantes, sobrepaso los lmites permitidos, se describe en los casos de anlisis,

la situacin y caractersticas de operacin del motor, el problema de condenacin del

lubricante, las posibles causas y consecuencias, adems de las conclusiones y

recomendaciones para cada uno de los ejemplos.

2.6.1.-Aditivos lubricantes y sus propiedades

Como aditivos lubricantes se entienden aquellos compuestos qumicos destinados a

mejorar las propiedades naturales de un lubricante y conferirle otras que no poseen y

que son necesarias para cumplir su cometido.

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2.6.2.-Propiedades Generales de los Aditivos

Los aditivos se incorporan a los aceites en diversas proporciones, desde partes por

milln, hasta el 20% 25% en peso de algunos aceites de motor, especialmente

lubricantes multgrado.

Fundamentalmente, los aditivos persiguen los siguientes objetivos:

Limitar el deterioro del lubricante a causa de fenmenos qumicos

ocasionados por razn de su entorno o actividad.

Proteger a la superficie lubricada de la agresin de ciertos contaminantes.

Mejorar las propiedades fsico-qumicas del lubricante o proporcionarle otras

nuevas.

2.6.3.-Componentes de desgaste del motor

Es de gran importancia, conocer los componentes metlicos de los que estn

constituidas las diferentes partes de un motor, para luego determinar a travs de un

anlisis de aceite usado los posibles elementos que podran tener un desgaste

acelerado y tomar las debidas acciones correctivas18

; entre los principales elementos

tenemos:

Hierro (Fe).- Camisas de cilindros, engranajes, manivela o rbol de levas, pasadores

de biela, bomba de aceite, tren de vlvulas, compresor de aire, seguidor de levas.

Cobre (Cu).- Bujes o cojinetes, turboalimentador, regulador, bomba de aceite,

pasador de biela, balancn, eje de rodillo de leva, compresor de aire, bomba de

inyeccin de combustible, engranajes de sincronizacin o engranaje intermedio,

bomba de agua, mando de bomba de aceite, engranaje impulsor del medidor de

servicio, cojinete de empuje, aditivos del aceite.

Cromo (Cr).- Cojinetes de rodillos / bolas, compresor de aire, anillos de pistn,

vlvulas de escape, cigeal.

18

Correctivas accin de corregir o subsanar

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Aluminio (Al).- Cojinetes de bancada, cojinete de biela, cojinete de rbol de levas,

cojinete de balancn, cojinete de empuje de cigeal, soporte de balancn, cojinete de

bomba de aceite, cojinete de engranaje de sincronizacin, pistones de compresores de

aire, levantador de vlvula de inyector de bomba de combustible, entrada de polvo

(suelo arcilloso).

Plomo (Pb).- Revestimiento de cojinetes de bancada y de biela, revestimiento de

cojinetes de rbol de levas, cojinetes del turboalimentador.

Molibdeno (Mo).- Aros superiores (algunos motores), grasa con contenido de

molibdeno.

Slice (Si).- Entrada de tierra, grasa con contenido de slice, aditivo antiespumante.

Sodio (Na).- Escape del enfriador, entrada de agua, condensacin, aditivo del aceite.

2.6.4.-Pruebas a realizar en la muestra de aceite

a).-Anlisis de Desgaste

El anlisis de desgaste se hace con un espectrofotmetro. Esencialmente, la prueba

vigila el ritmo de desgaste de un componente determinado, identificando y midiendo

la concentracin de elementos de desgaste del motor en el aceite, elementos como:

cobre, hierro, cromo, plomo, aluminio, silicio, sodio, calcio, magnesio, zinc, etc.

Basados en datos conocidos de concentracin normal se establecen lmites mximos

de los elementos de desgaste. Despus de tomar por lo menos tres muestras de aceite,

se establecen las tendencias de los diferentes elementos de desgaste de un motor

determinado. Se puede identificar el riesgo de fallas cuando las tendencias difieren de

la norma establecida.

b).-Pruebas Qumicas y Fsicas

Las pruebas qumicas y fsicas detectan agua, combustible y anticongelante en el

aceite, y determinan si las concentraciones exceden los lmites mximos establecidos.

47

La presencia y cantidad aproximada de agua se detectan por la prueba de

hisp rr t . S coloca una gota de aceite en una plancha caliente a una

temperatura entre 230 y 250F. Si se forman burbujas es una indicacin de agua

(0,1% a 0,5% es la gama aceptable), siendo 0,5% el lmite mximo.

La presencia de combustible se determina con un probador de destello, en el cual la

muestra de aceite es calentada gradualmente hasta obtener una mezcla de aire y

combustible evaporados que al ponerse en contacto con una flama produce un

destello. Se calibra el probador para cuantificar el porcentaje de combustible ( 4% es

la concentracin mxima permisible de combustible).

La presencia de anticongelante se determina con una prueba qumica, (cualquier

indicio que se encuentre es inaceptable). Algunos aceites nuevos dan una indicacin

de glicol. Si se detecta la presencia de glicol19

, se observa si aumenta la presencia de

sodio en los aditivos suplementarios de refrigerante. Se debe tambin probar el aceite

nuevo para ver si contiene glicol.

C.-Anlisis del Estado del Aceite

El estado del aceite se determina haciendo un anlisis infrarrojo; esta prueba

determina y mide la cantidad de contaminantes como holln, azufre y productos de

oxidacin y nitracin, aunque puede tambin detectar la presencia de combustible,

agua y anticongelante en el aceite.

Para poder hacer un diagnstico preciso, el anlisis infrarrojo20

debe ir siempre

acompaado por el anlisis de desgaste y las pruebas qumicas y fsicas. El anlisis

infrarrojo sirve tambin para adaptar (reducir, mantener o extender) los intervalos de

cambio de aceite de acuerdo a las condiciones de operacin y aplicaciones

determinadas.

2.6.5.-Condenacin de un aceite de motor

19

Glicol sustancia denominada anticongelante aumenta el nivel ebullicin del agua. 20

Infrarrojo radiacin del espectro luminoso que se encuentra por debajo del rojo visible y es de mayor

longitud de onda. Se caracteriza por sus efectos calorficos:

48

S uti iz trmi i u it , p r i i r qu u ri t h

sobrepasado los lmites mximos de contaminacin y dicho lubricante debe ser

removido o cambiado cuanto antes, puesto que sus propiedades fsicas, qumicas han

sido alteradas y no le permiten realizar su labor a cabalidad, notndose en un

incremento en el desgaste del motor.

a).-Desgaste de Metales

La condenacin de un aceite de motor se realiza cuando uno o varios parmetros de

desgaste, exceden los lmites o las tolerancias recomendadas por el fabricante de

equipo; cuando no se dispone de este tipo de informacin, se pueden establecer

tendencias de desgaste a travs del servicio del lubricante, esto es hacer un muestreo

peridico de la unidad hasta obtener resultados similares que permitan determinar

dichas tendencias.

b).-Holln

El holln es el residuo insoluble de combustible parcialmente quemado que puede

espesar el aceite, despojarlo de los aditivos y eventualmente taponar los filtros (4). El

holln se encuentra solamente en muestras del motor; las condiciones que pueden

contribuir a la acumulacin de holln son: elementos de filtro de aire taponados,

marcha en vaco excesiva, temperaturas fras del motor, paso de gases de los pistones

al crter, aceleracin excesiva o rpida, ajustes de la cremallera incorrectos,

operacin deficiente de inyectores de combustible o mala operacin del turbo