apuntes

1. Tema 4 : LUBRICACION DE LOS MOTORES
Cuando dos superficies en contacto se
mueven una respecto a la otra, se
produce una fricción. Esta fricción
puede generar, por un lado que
pequeñas partículas de dichos
materiales se desprendan,
desgastándose, y por otro lado causa
un aumento considerable de
temperatura alcanzado valores tales
que los materiales puedan llegar a
soldarse, produciéndose el gripaje.
Este último efecto se acentúa aún más
si existe una fuente de calor externa
que hace que la temperatura suba
muchos más, y más rápido aún,
llegando a la temperatura de fusión de
uno de los materiales. Esto sucede en
el interior del motor, y más
concretamente en puntos tales como
los casquillos de bancada y biela y los
apoyos del eje de camones, donde hay
un movimiento rotativo; entre el pistón,
aros y cilindro o camisa y en las guías
de las válvulas, donde el movimiento
es alternativo; bulón del pistón y
balancines, con movimiento oscilatorio.
También se producen contactos de
deslizamiento en los engranajes, y
contactos de rodadura, como los
rodamientos.
Para evitar que esto ocurra se emplea la
lubricación, que impide el gripaje y reduce hasta
valores tolerables la fuerza de rozamiento y la
energía disipada en él en forma de calor. La
lubricación consiste en interponer entre las
superficies metálicas una delgada película de
lubricante sobre la cual resbalan, sustituyendo el
rozamiento entre los metales por el rozamiento
interno del lubricante.
La finalidad de la lubricación en los motores de
combustión interna es la siguiente
1. Impedir el contacto directo entre partes
acopladas en movimiento relativo.
2. Refrigerar las partes lubricadas.
3. Ayudar a la estanqueidad del pistón.
La elección del aceite lubricante para un
motor no es cosa fácil y debe hacerse con
cuidado. Ante todo se precisa que el aceite esté
totalmente desprovisto de impurezas y exento de
sustancias corrosivas. La viscosidad debe ser
suficiente para que el aceite no sea expulsado de
entre las superficies por la influencia de la presión
que soportan y forme una capa continua con cierto
espesor.
4 Limpiar de impurezas su circuito.
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2. ENGRASES
La lubricación puede realizarse mediante mezcla, chapoteo, por presión, o por combinación de
ambos procedimientos.
Un exceso de lubricante puede causar defectos en el encendido por exceso de suciedad en la bujía
en los motores de explosión y excesivos depósitos carbonosos y humo en el escape en todos los tipos
de motores. Los residuos carbonosos se eliminan por medio del filtro.
Engrase por mezcla. Se usa en los motores de explosión de dos tiempos que están sometidos a
cargas ligeras de trabajo. Se mezcla el combustible con el aceite y esta mezcla se combina con el aire.
El engrase se produce por el paso de esta mezcla por los órganos del motor. Finalmente se quema.
Engrase por chapoteo. El fondo del cárter está constituido por una caja rígida herméticamente
cerrada, en la cual se vierte el aceite de engrase. Durante el funcionamiento del motor, la cabeza de
biela choca violentamente contra el aceite proyectándolo a todos los órganos cercanos. La disposición
de rampas adecuadas permite que el aceite sea conducido a los cojinetes de bancada; los cilindros y
pies de biela reciben el aceite que escapa de los soportes y de las cabezas de biela bajo el efecto de la
fuerza centrífuga.
Este sistema es el más sencillo de todos, pero adolece de un engrase eficiente, alcanzando el
aceite empleado temperaturas demasiado elevadas.
Engrase por presión.
Este sistema de engrase es el más generalizado, para ello el cigüeñal está perforado interiormente
con objeto de formar una canalización continua que permita el engrase de las bielas, así como se
dispone de conducciones apropiadas para la lubricación de todas las articulaciones.
La presión necesaria para que el aceite penetre en todos los órganos que precisan ser lubricados,
se obtiene mediante el empleo de una bomba de aceite que, a su vez, mantiene una circulación
constante del aceite a través del refrigerador correspondiente, disponiéndose con ello de un excelente
medio de refrigeración de los órganos que asegura su correcto funcionamiento.
ELEMENTOS DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN
Bomba
Las bombas de engrase pueden ser del tipo de émbolo, rotatorias de engranaje y de paletas.
Las bombas de engranaje son las más apropiadas
para obtener una presión constante en el circuito de
impulsión, aspiran el aceite del cárter y lo impulsan al
colector de distribución a través del filtro y del enfriador.
Está constituida por dos piñones perfectamente
ajustados al envolvente interior del cuerpo de la bomba.
Uno de los piñones es accionado desde el cigüeñal,
mientras que el otro gira arrastrado por el primero.
El aceite de lubricación pasa antes por un filtro
destinado a separar las impurezas contenidas,
utilizándose en algunas instalaciones ciertos
mecanismos destinados a efectuar su purificación.
Engranajes interiores Un sistema de transmisión desde el árbol de levas hace girar el rotor interno, que
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3. a su vez hace girar el rotor externo. El aceite pasa a través de la abertura de
admisión y queda atrapado entre los dientes opuestos y aumenta la presión
hasta que el orificio de queda expuesto. AI pasar el borde del rotor por el orificio
de salida, el aceite es forzado a penetrar a presión en el sistema de lubricación.
Cada espacio formado por los dientes repite el proceso y se crea así un flujo
continuo.
Engranajes exteriores
La bomba de lóbulos trabaja de forma similar a la de engranajes
exteriores.
Dentro del grupo de bombas rotativas utilizadas para el engrase,
figura la bomba de paletas accionada por el mismo motor. Estas
bombas se disponen en la parte inferior del cárter y en sitio
fácilmente accesible.
Este tipo de bomba se compone de un rotor, paletas deslizantes y
una carcasa. Al girar el rotor, las paletas se desplazan
radialmente producto de la fuerza centrífuga y, haciendo contacto
con la carcasa, forman cámaras selladas.
Dado que el rotor tiene su eje descentrado con respecto a la
carcasa, se originan cámaras que van aumentando su volumen,
provocando la succión en la entrada, y posteriormente
reduciéndolo, provocando la descarga en la salida con mayor
presión .
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4. Filtro.
Los filtros son instalados en los sistemas de lubricación con el fin de eliminar del aceite impurezas
(partículas metálicas que proceden del rodaje de las piezas, partículas debidas
a los residuos de la combustión y producto de alteración del aceite, etc.) las
cuales pueden arañar las superficies por donde circule y causar un desgaste
mayor del normal en los aros del pistón y en los cilindros, así como en los
casquillos.
El elemento filtrante puede estar constituido por una o varias mallas metálicas,
o por un tejido, un cartucho de paño o papel poroso para retener impurezas de
menor tamaño. Los filtros metálicos son lavables tras un tiempo en uso. Para
ello se extraen de su recipiente, se eliminan los residuos más gruesos a mano,
y posteriormente se lavan con un disolvente que los deja totalmente limpios.
El disolvente debe dejarse secar o ser secado con aire a presión en sentido
inverso al flujo de aceite a través de él. Los filtros más gruesos se presentan
normalmente en forma de cartucho. No suelen ser lavables. Una vez se
saturan deben ser sustituidos. Para ello, en los motores que pasan mucho
tiempo en servicio continuo, los filtros deben estar por duplicado, de manera
que con válvulas de corte podemos seleccionar uno de los dos, dejándolo en
servicio, mientras que el otro queda fuera de servicio, que será el que necesite
ser sustituido. La sustitución debe hacerse inmediatamente
para evitar confusiones si hay un relevo del mecánico. Se purga
totalmente el recipiente antes de su apertura, se abre y se retira
el cartucho sucio. Se limpia el interior del recipiente con un
paño, evitando la estopa por la cantidad de hilos que deja, y se
coloca el cartucho nuevo, prestando atención a las juntas. Para
evitar que éstas se muevan al ser colocadas, se pueden untar
en aceite limpio. Se quedan adheridas al sitio. Se cierra, se
llena de aceite, y queda listo para el servicio.
El recipiente de estos filtros lleva incorporado una válvula de
seguridad que, en caso de saturación de impurezas con el
consiguiente aumento de la diferencia de presión a la entrada y
salida del filtro, abre comunicando la entrada con la salida
permitiendo el paso del aceite sin filtrar, con el fin de evitar la
rotura del filtro y el arrastre de toda la suciedad acumulada
hacia el interior del motor.
Existen también otro tipo de filtros mecánicos formado por un
cilindro de láminas metálicas con un eje en el centro, entre las
que hay otras láminas que están fijas al cuerpo El espacio entre
las láminas es de décimas de milímetro. El aceite, al atravesar
el filtro, deja los residuos sólidos atrapados entre las láminas
metálicas. Cuando se satura el filtro, se hace girar el eje del
cilindro de láminas arrancando la suciedad que se queda entre
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5. ellas. Las impurezas se recogen en la parte baja del filtro de donde se sacan por abriendo un tapón
roscado. Esto permite mantener el filtro operativo durante más tiempo antes de su limpieza.
Otro tipo de filtro es el centrífugo colocado en un extremo del eje del cigüeñal , en el volante o en un eje
auxiliar que gire a mayor velocidad y elimina las impurezas del aceite en función de las diferentes
densidades.
Las temperaturas deben mantenerse dentro de los márgenes idicados por el fabricante, generalmente
unos 80ºC en el carter
Válvula de seguridad.
De acuerdo con las bombas de aceite tratadas anteriormente la presión del aceite depende
directamente de la velocidad de rotación del motor y de la viscosidad del aceite.
En el motor no es conveniente que aumente demasiado la presión
del aceite, ya que puede producir fuertes proyecciones de aceite
sobre la parte inferior de las camisas; provocando un consumo alto
de aceite, daño de la bomba o rotura del sistema de arrastre de la
bomba.
Por estos motivos se suele utilizar un limitador de presión, válvula de
desahogo o válvula de descarga. El limitador de presión puede ir
situado en la salida de la bomba o en un punto próximo del conducto
principal de lubricación. El limitador de presión está constituido por
una válvula a bola, la cual es mantenida sobre su asiento por un
resorte. Cuando la presión es inferior a la tensión del resorte la
válvula esta cerrada. Cuando la presión es superior a la tensión del
resorte, la válvula se abre y se descubre un orificio que permite al
aceite retornar al cárter, por lo tanto la presión disminuye.
Enfriador de aceite.
Se trata de un intercambiador de calor tubular en la
mayoría de los casos, entre el aceite y agua, dulce o
salada, según la instalación. El aceite tras circular por el
motor, sobre todo al pasar por el pistón, absorbe una gran
cantidad de calor, lo que hace subir su temperatura.
La subida de temperatura produce la caída de la
viscosidad, perjudicando la propiedad lubricante a partir
de cierto valor. Una temperatura excesiva del aceite
también produciría la degeneración del mismo,
quemándose y generando residuos sólidos que pueden
obstruir los conductos por donde pasa y depositarse en
determinadas partes del motor formando una costra dura
y difícil de eliminar, sólo por métodos físicos. Y lo más peligroso: genera vapores inflamables en el
interior del motor, sobre todo en el cárter, por encontrarse a presión atmosférica, siendo necesario
instalar en motores de cierto tamaño, además de válvulas de seguridad que evacuen el exceso de
vapores, un sensor de niebla que obligue a parar el motor.
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6. Se emplea en espacios donde no es posible el
enfriamiento del agua por aire al no existir
ventilación suficiente, como puede ser la sala de
máquinas del barco. Está formado por un haz
tubular cerrado en los extremos por dos placas
taladradas, con tantos orificios como tubos hayan
en el haz.
Uno de los fluidos pasa por el interior del haz
tubular en doble etapa, es decir, hace un viaje de
ida por el interior de la mitad de los tubos, y el de
vuelta por la otra mitad, mientras que el otro fluido
circula por el exterior del haz.
Todo ello está cubierto por una carcasa con las
aberturas necesarias para el paso de ambos
fluidos. La unión entre el haz tubular y la carcasa
está sellada por una junta tórica de goma, que
proporciona estanqueidad al cerrar las tapas de
los extremos. Dentro del haz tubular, pero por
fuera de los tubos existen unas placas deflectoras
que producen en el fluido que circula por el
exterior un flujo turbulento a la par que incrementa
el tiempo de contacto con los tubos mejorando así
la transmisión de calor.
Cuando los intercambiadores utilizan como fluido enfriador el agua del mar, que circula por el interior del
haz tubular, para absorber el calor del fluido a refrigerar, son construidos por materiales resistentes a la
corrosión marina. El haz tubular suele estar fabricado de cobre, aleaciones de cobre niquel o latón, que
resisten la corrosión y tienen un buen coeficiente de transmisión de calor. La carcasa suele ser de
acero, lo que hace necesario dotarla de ánodos de sacrificio para evitar su deterioro.
Los intercambiadores necesitan ser limpiados periódicamente, pues el agua del mar deja depósitos de
origen salino o incluso partículas que las bombas aspiran del fondo marino en el interior de los tubos,
que pueden convertirse en incrustaciones. Para la limpieza es necesario abrir las dos tapas y pasar una
larga varilla roscada por el interior de todos y cada uno de los tubos, empujando la suciedad hacia el
otro lado. Posteriormente se hace pasar agua limpia. Antes de volver a cerrar las tapas, es necesario
revisar el estado de las juntas, sustituyéndolas si fuera necesario.
En el caso de que uno de los tubos se perforase, ante la dificultad de su reparación, la mejor opción es
condenar dicho tubo por ambos lados con tapones.
Otros enfriadores son los Cambiadores de placas:
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7. Están integrados por una serie de placas metálicas, de tamaños normalizados, por cada constructor, que se
acoplan unas a otras en mayor o menor número, según las necesidades térmicas, en un bastidor que las sostiene
unidas. Pueden adoptar distintas formas como en U, espiral, etc.
Con objeto de que las placas queden correctamente enfrentadas unas a otras, están dotadas en su parte superior
e inferior de dos aberturas, mediante las cuales pueden deslizarse a lo largo de las guías del bastidor. La abertura
superior permite además que la placa quede suspendida de la correspondiente guía portadora.
En este tipo de cambiadores se denomina “paso” al conjunto de placas, montadas en paralelo, que son recorridas
con el mismo sentido de flujo en cada fluido, como muestra la figura.
Pueden llevar un sistema de válvula de seguridad para evitar la obstrucción del paso de aceite.
Se debería colocar un termómetro en la entrada y en la salida del enfriador para controlar su funcionamiento, o en
su defecto lo más cercano.
El manómetro situado en la tubería de presión de la bomba nos indica la presión existente en el circuito de
impulsión de la bomba.
Los manómetros situados en los filtros nos indica el estado de limpieza comparando su medida con la del
manómetro anterior (salida de la bomba).
Estos aparatos de medida pueden ir provistos de alarmas y de dispositivos de parada del motor.
DISPOSICION GENERAL DEL CIRCUITO DE LUBRICACION FORZADA
La bomba de lubricación aspira el aceite del cárter y lo impulsa a los distintos órganos del motor
que deben ser lubricados. Para evitar que la bomba de lubricación aspire las impurezas que se han ido
depositando en el cárter, el colector de aspiración de la bomba está provisto de un (1) filtro o colador
colocado en la toma de aceite
El aceite impulsado por la (2) bomba pasa a través del (3) enfriador de aceite al (4) colector de
aceite del cual parten diferentes (5) ramificaciones que conducen el aceite a los cojinetes de bancada y
a través de los canales perforados en el cigüeñal a los cojinetes de biela. A través de un canal de la
biela, el aceite es presionado al pie de ésta, donde el bulón del émbolo es lubricado, después de lo cual
el aceite retorna al cárter.
Los balancines son lubricados mediante el aceite que es conducido a través de los canales en el
bloque de cilindros y las culatas, penetra en el eje de balancines hueco, dotado de agujeros en su
periferia para que el aceite alcance los balancines.
En motores marinos de gran tamaño, es posible encontrarse que el cárter no lo forma la propia
estructura del motor, sino que puede ser un depósito del propio buque alojado debajo de los polines, de
donde el aceite lo aspira la bomba y cae de vuelta por gravedad. Las bombas pueden estar acopladas
mecánicamente al motor o ser bombas eléctricas independientes del mismo. Es necesario disponer,
como mínimo, de dos bombas, por si una de ellas falla.
Durante el funcionamiento del motor es necesario:
A) mantener el nivel de aceite a la altura correcta,
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8. B) comprobar periódicamente su presión,
Además se debe realizar los cambios de aceite en los intervalos indicados.
El cárter necesita ser sondado con periodicidad verificando que su nivel se mantiene o que, al menos,
las pérdidas son admisibles. Durante las rondas en la sala de máquinas, es importante tener controlado
el manómetro que mide la presión del aceite lubricante y observar con frecuencia la instalación en
busca de posibles pérdidas con una linterna, así como manchas en la sentina bajo el motor y la línea de
aceite.
Al tratarse de un circuito de vital importancia para el funcionamiento y la vida del motor, está provisto de
un sistema de alarma en caso de caída de la presión. Dicho sistema de alarma está formado por un
presostato, que cierra un contacto eléctrico cuando la presión baja de cierto valor, un zumbador y una
luz piloto. En caso de que salte la alarma, es necesario detener el motor cuanto antes para evitar que
gire sin lubricación.
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