En los auxiliares se incluyen elementos que generalmente son agregados al motor, aunque pertenecen al mismo, en muchos casos no son manufacturados por el fabricante del motor, como ser:
1) Ventiladores o bombas de barrido.
2) Bombas con diversas funciones.
3) Enfriadores.
4) Tuberías.
1. VENTILADORES y BOMBAS DE BARRIDO
Los usados indistintamente en los motores diesel de 2 y 4 tiempos pueden ser:
I) Ventiladores de barrido de acción directa por el motor.
II) Ventiladores centrífugos accionados por turbinas con los gases de escape del motor.
III) Ventiladores de desplazamiento positivo. Son aquellos que el flujo y la presión de aire tiene relativamente poca variación con las ligeras variaciones de velocidad del mismo, vale decir, entregas más constantes del flujo de aire.
El ventilador Roots está constituido por una caja con forma elíptica con dos focos o centros donde giran los impulsores. Los impulsores pueden ser:
1) De dos lobulos de superficies cilíndricas rectas (fig. 13-1 para motor reversible M.A.N. 2 tiempos).
2) De tres lóbulos de superficies cilíndricas para motores reversibles M. A. N. 2 tiempos.
3) De tres lóbulos de superficie helicoidal o espirales para motor no-reversible G .M. C . 2 tiempos.
La fig. 13-2 nos muestra un ventilador Roots de barrido, de tres lóbulos helicoidales.
Este ventilador tiene las siguientes ventajas:
a) Menos ruidos en altas velocidades.
b) Flujo y presión de aire mas constantes.
c) Las superficies helicoidales dan al aire en su salida movimiento de remolino, que da lugar a la formación de la turbulencia en la cámara de combustión.
Esta formado por la caja, sus tapas, los impulsores o rotores con tres lóbulos de superficies helicoidales. Siendo uno de los impulsores movido por el eje del cigüeñal, con cadena silenciosa o tren de engranaje; el otro es accionado por un par de engranajes denominados de tiempo o de sincronización, encargado de la rotación relativa de los impulsores, que mantienen la sincronización de los giros opuestos de los mismos.
En la fig. 13-1 las flechas indican el desplazamiento del aire en el giro de los rotores y el desplazamiento hiacia el multiple de admisión.
Los huelgos de estos ventiladores son muy pequeños a fin de aumentar la eficacia del mismo.
II) Ventilador movido por los gases de escape
(Sobrealimentador tipo Buchi de turbina de gas para motores de 4 tiempos).
La fig. 13-3 nos muestra una conexión elemental de un sobrealimentador tipo Buchi acoplado a un cilindro con el trabajo de la turbina por los gases de escape, que salen por la válvula 5, que actúan sobre las paletas del rotor 3, y su descarga a la atmósfera por 6. La entrada del aire atmósferico aspirado por la pantalla centrífuga 2, que impulsa el aire a presión del cilindro por la válvula de admisión 4.
Patente del sobrealimentador Buchi.
El ventilador centrífugo de la fig. 13-4 está constituido por una pantalla o ventilador centrífugo. Similar a una bomba centrífuga que el aire pasa a través de una malla metálica y lleva toberas directrices, 53, que conduce el aire de aspiración a la pantalla impulsora 26, que presiona el aire a través de las paletas directrices 55, y le da presión.
La pantalla centrífuga es movida por la turbina de gas por medio de sus paletas 23-24, que reciben los gases de escape, como indican las flechas, previo su pasaje por las toberas 30. El rotor de la turbina y la pantalla centrífuga van aseguradas al mismo eje.
Este turboventilador es independiente mecánimente del motor que alimenta, la única conección al motor es por el múltiple de escape por la turbina de gas y con el múltiple de admisión, como se puede apreciar en el esquema de la fig. 13-4.
La turbina de gas es refrigerada por agua que debe ser puesta en servicio antes del funcionamiento con los gases de escape, debido a que la temperatura ,de los gases de escape pueden variar desde 370°C hasta 600°C y después de parada. La velocidad de giro del turboventilador varía desde 8.500 v. p.m. hasta 12.500 v. p..m. para motores grandes y medianos, y desde 15.000 v. p.m. a 35.000 v.p.m. para motores medianos y chicos.
Estos ventiladores centrífugos fueron los antecesores, si se quiere, de los llamados Turbocompresores o Turbosobrealimentadores.
Turbocompresores o Turbosobrealimentadores.
Turbosobrealimentador automotriz de geometría variable.
Turbocompresor: Es una maquina que aprovecha la energía de los gases de escape de un motor y la usa para comprimir el aire fresco del conducto de admisión :
Turbina: Accionada por los gases de escape
Compresor : Comprime los gases del conducto de admisión. Ambos están unidos por un eje que los hace girar solidarios.
Los gases de escape de salida del motor atraviesan una turbina, entrando por su zona radial y abandonándola por su zona axial.
Estos gases se expanden en los alabes de la turbina, acelerando su velocidad, la cual se transmite al rodete por el cambio de dirección que este les proporciona. Así ceden la energía térmica transformándose en energía cinética, haciendo girar a la turbina.
El rotor de la turbina está unido por un eje a otro rotor, que es un compresor que aspira aire por la zona central y lo descarga por la zona radial hacia el colector de admisión de aire.
El eje puede girar hasta a 80.000 o 100.000 rpm. alcanzando una temperatura de 600 ºc.
Sobrealimentador Brown Bovery para motor marino.
Ventajas e inconveniente del turbo
Ventajas
• No consume energía en su accionamiento
• Fácil localización, sin accionamiento directo del eje de l motor
• Reducido volumen, en relación a su caudal proporcionado.
• Gran capacidad de comprimir a altos regímenes y altos caudales
Inconvenientes• Mala capacidad de respuesta en bajas cargas por el poco volumen de gases
• Retraso en su actuación, por la inercia de la masa móvil y su aceleración mediante gases
• Alta temperatu ra de funcionam iento al accionarse con gases de escape
• Mayores cuidados de uso y mantenimiento
Enfriado del aire proveniente delTurboalimentador:
El aire comprimido eleva su temperatura a cerca de 140º c, se disminuye la densidad del aire que entra al cilindro.
Los motores sobrealimentados usan un enfriador de aire: Cooler o lntercooler que sirve para recuperar en rendimiento volumétrico del motor ya que por regla general
POR CADA 10º C QUE DESCIENTE LA TEMPERATURA DEL AIRE DE ADMISIÓN, SE AUMENTA CERCA DEL 3% LA POTENCIA DEL MOTOR.
El enfriador de aire se ubica a la salida del Turbo y los medios de enfriamiento pueden ser aire o agua. En el caso de los motores diesel marinos, el medio refrigerante será, por lo general, agua de mar.
Un estudio pormenorizdo de turbocompresores se encontrará en Algunas palabras sobre Turbocompresores
Motor de 4 tiempos con bomba de barrido a pistón.
Sobrealimentador "Roots" para motores explosión.
Detalle de los tornillos de un sobrealimentador "Roots".
2.BOMBAS CON DIVERSAS FUNCIONES
Una instalación de un motor diesel emplea diversos tipos y tamaños de bombas para:
1) Alimentación de combustible al sistema de inyección.
2) Circulación de aceite lubricante.
3) Circulación de aceite refrigerante para pistones.
4) Circulación de agua dulce para la refrigeración del motor.
5) Circulación de agua de mar, circuito abierto a enfriadores del circuito cerrado.
1) Bombas de alimentación de combustible.
Bomba auxiliar o de alimentación de combustible, es independiente o montada y movida por el motor.
En los grandes motores es del tipo rotativo de desplazamiento positivo, similares a los ventiladores Roots.
Las tapas de engranajes y ejes se construyen de aleaciones de acero con superficies endurecidas.la caja de la bomba es de hierro fundido al cromo-níquel. Los ejes trabajan sobre bujes de bronce prensado.
La fig. 13-5 es uno de los tipos de bombas que se usan en los motores diesel, siendo de desplazamiento positivo, formado por una caja concéntrica y rotor excéntrico con dos paletas desplazables que se deslizan en el girar del rotor, tal como se puede apreciar en la figura mencionada. En los motores reversibles, con bombas conectadas, también se, invierte el giro de la bomba. El flujo o alimentación de combustible se mantiene en la dirección requerida mediante válvulas dobles que automáticamente conectan la aspiración y descarga de la bomba con la ali1nentación de combustible correspondiente.
En los motores chicos, la alimentación de la bomba de inyección de combustible, llevan una bomba auxiliar con pistón alternativo como parte de la bomba de inyección. En la bomba Bosch, la de alimentación es una unidad separada con pistón alternativo, fijado a un lado de la bomba de inyección, fig. 13-6, y movido por medio de la excéntrica del eje de camones de la propia bomba de inyección, el rolete 6 y el botador 1 mueve al pistón de la bomba 4. Los dos resortes en espiral vuelven al pistón y botador a su posición. 9 y 10 son las válvulas de aspiración y descarga respectivamente.
2) Bomba de lubricación. Las bombas de aceite lubricante son siempre del tipo rotativas de desplazamiento positivo. En la fig. 13-7 se pueden apreciar las características de la bomba pero sus rotores algunas veces son un par de engranajes rectos, pero más comúnmente un par de engranajes helicoidales o bihelicoidales.
El material de los engranajes es de acero de alto tenor y la caja de hierro fundido.
Estas bombas giran entre 1.100 y 1.300 r.p.m. El empleo de estas bombas significa un esmerado cuidado con el ingreso de aire al circuito pues es muy importante un correcto purgado del sistema.
Los motores grandes y los de doble efecto llevan además de este tipo de bomba una de pistón independiente del sistema de lubricación, para cada cilindro para lubricación de los pistones, aros y paredes de los cilindros.
3)Bombas para refrigeración de los pistones.
Son empleadas para refrigerar el interior de los cilindros, manteniendo una temperatura estable y conrveniente de funcionamiento. Ellas son las encargadas de mantener el circuito con presión independiente del sistema de lubricación.
4) y 5) Bombas de agua.
La figura muestra la entrada del agua en el centro y la descarga es tangencial. El girar de la pantalla y el impulso de las paletas al agua da la fuerza centrifuga que origina la presión del agua, ayudada por la velocidad tangencial en su pasaje del flujo a través del espiral de descarga.
En motores reversibles se usan bombas de pantallas o impulsores con paletas rectas y envuelta concéntrica, como el de la figura, el rendimiento de estas bombas es menor que el de las centrifugas, por la forma de su impulsor y envuelta, para obtener la presión necesaria y capacidad, se requiere que sea de mayor tamaño que las centrifugas de iguales características.
Algunos motores reversibles poseen un sistema de cambio que mantiene la bomba de circulación girando en el mismo sentido con cualquier giro del motor o bombas independientes.
Las bombas de agua son accionadas por el eje del cigüeñal por engranajes o por cadenas.
En motores pequeños de alta velocidad y medianos se utilizan bombas de engranajes de desplazamiento positivo para la circulación del agua de mar.
Para evitarla corrosión, el cuerpo de la bomba y el impulsor de agua se construyen de bronce y los ejes de acero inoxidable.
Este tema es estudiado mas ampliamente en MTD UNIDAD 10: SISTEMAS DEL MOTOR. Parte 2
INTERCAMBIADORES DE CALOR
Es un aparato a través del cual dos fluidos separados por paredes delgadas de metal intercambian su calor. El fluido más caliente le da su calor al más frío, de tal manera que cuando los dos fluidos dejan el aparato, éstas temperaturas se aproximan entre sí.
En los motores diesel los intercambiadores se pueden emplear como:
a)El enfriador de aceite lubricante,de agua dulce de refrigeración y algunas veces de aire.
b)Calentador (para calentar agua con el calor de los gases de escape).
Son variados los tipos usados para enfriar los fluidos, pero se pueden dividir en:
I)Enfriador tipo radiador.
II)Enfriador tipo placa.
III)Enfriador de envuelta y tubos (placas y tubos)
I)Un enfriador tipo radiador se fabrica de un haz tubular, denominado núcleo y una envolvente que está dividida en tres piezas, un cuerpo y dos tapas en los extremos, como puede apreciarse en la fig. 13-10.Los tubos tienen secciones oblongas, mientras que los extremos van estañados en placas de tubos que forman parte de los cabezales de admisión y descarga.
El fluido a refrigerar (aceite o agua) entra por un cabezal, pasa a través de los tubos hacia el otro cabezal y desde aquí va al motor. El medio refrigerante es generalmente el agua del mar, que entra a la envolvente en un extremo y sale por el otro. A la entrada del agua de mar se le colocan cines para protegerlo de la acción galvánica.
Otro tipo de enfriador tipo radiador , es el típico radiador automotriz, que consta de dos cabezales soldados a un pack de haces de tubos, de tamaño y cantidad necesarios para satisfacer la demanda del diseño del motor en donde se va a instalar.
II)Enfriador tipo placa. Un viejo diseño de un enfriador de placas consiste en placas huecas de 3 X 4 pulgadas o 3 X 16 pulgadas, con caras planas separadas alrededor de 3/16 de pulgada y con separadores que refuerzan las caras planas y aumentan la transferencia de calor. El aceite entra por un extremo de la placa plana y sale a través de un orificio en el otro extremo de la placa plana. El agua refrigerante pasa a lo largo de las caras planas; la fig. 13-11 muestra un elemento y una sección de placas. El número de ellas depende de la cantidad de ac.cite a refrigerar.
Colocadas las placas una al lado de otra se origina un pasaje paralelo de aceite.
Un diseño actual de enfriador de placas consiste en placas o chapas de acero inoxidable o de titanio corrugadas, comprimidas entre dos grandes planchas de acero en donde se encuentran las conecciones necesarias para la circulación de los fluidos refrigerante y refrigerado.
Los intercambiadores de calor son fácilmente desarmables para su mantenimiento. En caso de incrustaciones los mismos se pueden limpiar fácilmente a mano o con hidrolavadora pudiendo volver al servicio con un mínimo tiempo de parada.
Imagen de placas desmontadas de distinto tamaño, donde se pueden apreciar las respectivas juntas.
Principio de Funcionamiento
El fluido caliente (rojo) y el fluido frío (azul), intercambian su calor a través de las placas corrugadas.
Cada dos placas, se forma un canal de circulación. El caudal total del fluido, se divide en partes iguales por la cantidad de placas del intercambiador. Este se vuelve a dividir por la cantidad de subcanales internos de cada placa.
Este hecho, eleva la velocidad de circulación, formándose un flujo turbulento, que optimiza el intercambio de calor y disminuye el riesgo de incrustaciones. Al final del recorrido total de cada placa, el fluido logra alcanzar el 100% de la temperatura de diseño.
III)Enfriador de envuelta y tubo.Es el más generalizado en nuestra marina; se puede apreciar en la fig. 13-12 formada por una envuelta con dosplacas de tubos, sus tubos y dos tapas de cabezales por donde entra y sale el aceite, como indican las flechas.
El agua refrigerante entra en la envuelta, parte baja, indicada por la flecha, hace un recorrido en zig-zag originado por los deflectores o desviadores y sale por la parte alta de la envuelta.
Vista de los haces de tubos de un intercambiador de envuelta y tubos.
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FUENTES:
M.J.D.
MAQ 305 MOTORES DIESEL CAPITULO 13 Auxiliares
http://www.edelflex.com/sites/default/files/ARAX_2016.pdf
http://adningenieria.com.ar/productos/intercambiadores-de-calor/intercambiadores-de-calor-a-placas/