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Motores
de Gas
Por
Santiago García Garrido
Director Técnico RENOVETEC
Está formado por los
refrigeradores del aire de admisión o intercoolers,
el colector de admisión y las válvulas de admisión.
El aire al ser comprimido en el
turbocompresor se calienta por efecto Joule-Tompson
a unos 200º C. Para aumentar su densidad más aún y consecuentemente la potencia
específica del motor es preciso refrigerarlo, lo que se hace en el intercooler, que no es más que un
refrigerador de tubos aleteados. En él, el aire se refrigera con agua.
Este intercambiador se puede
ensuciar tanto en su circuito de agua como de aire. Para evitar el
ensuciamiento del circuito de agua es muy recomendable trabajar en circuito
cerrado con agua tratada. El calor puede ser finalmente evacuado a la atmósfera
mediante un aerorefrigerante, o mediante un intercambiador de placas puede ser
transferido a un circuito exterior de aprovechamiento o a una torre de
refrigeración.
Para minimizar las necesidades de
limpieza del circuito de aire es necesario hacer un filtrado efectivo a la
entrada del motor. Ello se hace tomando aire del interior de la sala de
motores, y se introduce en el motor,
haciéndolo pasar por un filtrado previo, justo a la entrada el compresor
todavía se hace un filtrado más fino. Otras veces se toma el aire directamente
del exterior por unos conductos, donde se intercalan filtros especiales.
Para asegurar la máxima potencia
del motor es preciso que el aire entre al turbocompresor a una temperatura
suficientemente baja. Esto se consigue con agua de refrigeración
convenientemente fría (40 o 50
ºC), lo que sólo es posible utilizando torres de
refrigeración. En caso de escasez de agua se instalan aerorefrigerantes, lo que
limita la potencia máxima del motor en condiciones de alta temperatura ambiente.
Del colector de admisión, el aire
o la mezcla se introducen en el cilindro a través de las válvulas de admisión.
Un motor de combustión ciclo Otto
funciona, como hemos visto, mediante la admisión de gases (aire y combustible)
que posteriormente se comprimen y se queman. La energía que disipa la
combustión de los mismos se aprovecha en la obtención de trabajo en la etapa
final del ciclo (expansión). Si se alimenta el motor con una presión superior a
la atmosférica, su potencia aumenta al disponer de mayor cantidad de mezcla en
el mismo volumen de cilindrada. A este efecto se le denomina sobrealimentación
del motor o turboalimentación. Esta mayor potencia manteniendo las pérdidas
mecánicas aumenta adicionalmente el rendimiento.
La ventaja de la sobrealimentación es que, aparte de mantener los valores de
potencia iguales a cualquier altura de uso sobre el nivel del mar se puede
aumentar la potencia máxima obtenida de un motor, sin tener que diseñar otro de
mayor cilindrada, por lo que reduce el coste del motor. Además, se obtienen
mayores valores de par motor, con valores de rozamientos internos (función de
la cilindrada y número de cilindros), similares a motores de menores
prestaciones. Las mayores prestaciones con menores inercias alternativas
suponen una mejora en el rendimiento del motor.
Otras ventajas son las siguientes:
- No consume energía en su accionamiento
- Fácil
localización, sin accionamiento directo del eje del motor
- Reducido
volumen, en relación al caudal proporcionado
- Gran
capacidad de comprimir a altos regímenes y altos caudales.
El mayor inconveniente que
presenta la sobrealimentación del motor es que, al estar la mezcla a mayor
presión y temperatura, determinadas partes del motor, especialmente la cámara
de combustión, deberán estar preparadas convenientemente. Pero el problema
mayor es que al aumentar la compresión de los gases, la presión y la
temperatura son tan elevadas que pueden provocar el encendido por autoignición,
de modo que no se puede sobrepasar una relación de compresión límite. En la figura posterior se puede ver que los
motores de mezcla pobre trabajan en la zona de alto exceso de aire, lo que
permite trabajar con alta relación de compresión (por tanto alto rendimiento) a
la par que con bajas emisiones, pero en todo caso hay un límite en el que hay
riesgo de fallo de la chispa. Este límite se aleja en algunos diseños
produciendo ignición de una mezcla rica en una precámara, que a su vez inicia
con seguridad la ignición de toda la mezcla en los cilindros.
1.3. La
cámara de combustión
Entre la parte
superior del cilindro y la culata se forma la cámara de combustión. En ella se
produce la ignición y en consecuencia las condiciones más duras en la máquina en
lo referente a temperatura y presión. Como hemos dicho, unas veces la ignición se
provoca directamente en esta cámara y otras se produce en una precámara que
luego se propaga al resto de la cámara. En cualquier caso, al trabajar con
mezclas pobres hay riesgo de fallo de encendido, por lo que la propagación de
la llama es muy importante y hace que el diseño de válvulas y cámara esté
especialmente pensado para garantizar la uniformidad de la mezcla y la buena
propagación de la llama.
Existen
varios tipos de cámaras habituales para motores alternativos de gas:
a) Cámara
cilíndrica
b) Cámara de
bañera
c) Cámara en
pistón, o cámara Heron
d) Cámara
hemisférica
e) Cámara
multiválvulas
Para el
arranque de un motor es preciso acelerarlo hasta una cierta velocidad por
medios externos. A esta velocidad mínima, el trabajo cedido en el cilindro en
que se realiza la expansión, impulsa a los demás y esto se realiza con una
cadencia que garantiza suficiente regularidad en los esfuerzos y momentos.
Esto se
puede realizar con un motor eléctrico, aunque en la mayoría de los motores
industriales actuales se realiza con un motor neumático. En este caso el
sistema consiste en un compresor de alta presión, que trabaja hasta presiones
cercanas a 30 bar y que comprime aire para almacenarlo en un depósito. Este depósito constituye una
reserva de energía en forma de aire comprimido. Durante el periodo de arranque
se hace pasar este aire a un motor neumático (una pequeña turbina), que
transmite un par a un engranaje que a su vez acciona directamente el eje motor.
Este sistema permite la flexibilidad de aumentar la velocidad del motor a ritmo
controlado hasta que el sistema se automantiene. Normalmente el depósito se
dimensiona de manera que en el mismo y desde la presión de origen (30 bar),
hasta el mínimo admisible (10 a
15 bar) haya capacidad para realizar entre 3 y 5 arranques consecutivos.
INDICAR EL
TIPO DE ACEITE HABITUAL EN MOTORES, SUS CARACTERISTICAS
INDICAR EL
CONSUMO HABITUAL DE ACEITE Y EL PORQUÉ DE ESE CONSUMO
Entre dos
superficies en contacto y en movimiento relativo de una respecto a la otra se
crea una fuerza, llamada rozamiento, que se opone al movimiento de ambas
superficies. Es decir, que cuando dos superficies tienen movimiento relativo
hay una fuerza que lo impide. Esta fuerza está relacionada con las
irregularidades de las superficies y con la atracción que ejercen los átomos de
la capa superficial de cada uno de los materiales en contacto. Para evitar esta
fuerza de rozamiento se interpone entre ellas una capa de lubricante, que
disminuye enormemente la fuerza de rozamiento. Esta película de lubricante se
divide en tres partes: dos, que quedan adheridas a cada una de las superficies
en movimiento y otra intermedia que desliza entre ambas.
Con la
lubricación se consigue, además de reducir el rozamiento, reducir el desgaste,
evitar la corrosión, evacuar el calor producido en el rozamiento, eliminar las
partículas que aparecen debidas al propio funcionamiento, limpiar las paredes
de los cilindros de restos de carbonillas generadas en la combustión,
amortiguar los golpes y reducir los ruidos.
El sistema
de control tiene como función principal el funcionamiento automático del motor
de gas. Además de controlar determinadas variables y actuar sobre una serie de
dispositivos para garantizar un funcionamiento seguro del motor, ayudan a hacer
comprensible al operador el funcionamiento del motor y de los elementos
asociados.
El sistema
de control se ocupa de tareas tan importantes como las siguientes:
- Control del
proceso de arranque y parada del motor
- Regulación
de potencia del motor, dentro de un rango prescrito
- Control del
proceso de mezcla gas-aire
- Control del
revoluciones
- Control y
monitorización de los sistemas de refrigeración
- Monitorización
de todos los sensores para el reconocimiento de posibles fallos en los sistemas
que ‘vigilan’
- Monitorización
de todos los valores medidos (temperaturas, presiones, niveles, etc.)
- Almacenamiento
de datos históricos para su estudio y evaluación.
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