Sistema De Admision Y Escape De Un Motor Diesel[1]

Sistemas de Admisión y Escape de Aire

Objetivos: Al terminar esta unidad, el estudiante estará en capacidad de: 1. Identificar los componentes del sistema de admisión y escape de aire en un motor instalado. 2. Quitar, inspeccionar e instalar los componentes del sistema de admisión y escape de aire del Motor 3406B o 3406C Caterpillar. Material de Referencia: Presentación del sistema de admisión y escape de aire Manual de Operación y Mantenimiento del Motor 3406E Turbocompresores Folleto de especificaciones del sistema de aire Manual de Servicio del Motor 3406B Manual de Servicio del Motor 3406C Unidad 2 - Examen

CD-ROM SSBU6758 SEBV0550 Copia SEBR0544 SEBR0560 Copia

Herramientas: Juego de herramientas del técnico de servicio 8T0461 o su equivalente Herramienta para girar el motor 9S9082 Pasador 6V4186

Unidad 2: Sistemas de Admisión y Escape de Aire

UNIDAD 2

NOTAS

Objetivos: Al terminar esta lección, el estudiante estará en capacidad de explicar la operación del sistema de admisión y escape de aire e identificar los componentes relacionados. Material de Referencia: Presentación de los sistemas de admisión y escape de aire CD-ROM Manual de Operación y Mantenimiento del Motor 3406E SSBU6758 Turbocompresores SEBV0550 Folleto de especificaciones del sistema de admisión de aire Copia Introducción: Un buen rendimiento en la operación de los motores diesel requiere una cantidad correcta de aire en la cámara de combustión y que los gases de escape puedan salir con mínima restricción. Por tanto, si deseamos obtener rendimiento máximo y larga vida útil del motor, es esencial el control de la temperatura del aire de admisión y de la temperatura de los gases de escape.

Lección 1: Sistemas de Admisión y Escape de Aire

Lección 1: Sistemas de Admisión y Escape de Aire

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SI ST E M A D E A DM I SI O N Y E SC AP E D E AI R E

Fig. 2.1.1 Introducción

Introducción El primer sistema que veremos es el sistema de admisión y escape de aire del motor.

Fig. 2.1.2 Componentes del sistema de admisión de aire

Componentes del sistema de admisión de aire El sistema de admisión y escape de aire consta de los siguientes componentes: • • • • •

Filtro de aire Turbocompresor Posenfriador Culata, válvulas y pistones Múltiple de escape

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Fig. 2.1.3 Filtro de aire

Filtro de aire El aire entra en el motor a través del filtro de aire. El filtro de aire contiene un elemento filtrante que retiene el material extraño del aire antes que éste entre en el motor. Hay diferentes tipos de filtros de aire disponibles actualmente en los motores Caterpillar. Consulte siempre el manual de operación y mantenimiento del motor para usar los procedimientos de mantenimiento correctos.

Fig. 2.1.4 Indicador de servicio típico

Los filtros de aire del motor deben tener mantenimiento regular. La mayoría de los filtros de aire están equipados con un indicador de servicio. El indicador sirve para determinar la restricción del filtro de aire. El indicador de servicio es el método más exacto para determinar cuándo el filtro de aire necesita servicio. Debe darse servicio a los elementos del filtro de aire del motor, limpiarlos o reemplazarlos, bien sea cuando el diafragma de color amarillo esté en la zona de color rojo o el pistón de color rojo se sitúe en una posición visible.

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Fig. 2.1.5 Filtro de aire de elementos secos

Los filtros de aire de elementos secos son, sin duda, los más usados en los motores Caterpillar. Los filtros de aire de elementos secos constan generalmente de un material filtrante de papel plegado usado para remover la suciedad del aire. Este tipo de filtro de aire requiere reemplazo o limpieza cuando se dispara el indicador de servicio.

Fig. 2.1.6 Limpieza del elemento seco

Los filtros de aire de elementos secos pueden limpiarse con aire seco y filtrado a una presión máxima de 207 kPa (30 lb/pulg2). El elemento debe limpiarse por el lado limpio de la parte de afuera, manteniendo la punta de la pistola de aire paralela a los pliegues del filtro de aire.

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Fig. 2.1.7 Filtros AIRSEP®

Otro tipo de filtro de aire se encuentra en los motores Caterpillar, principalmente en equipos de aplicaciones marinas de alto rendimiento. El filtro se denomina AIRSEP®. Los elementos del filtro AIRSEP son materiales filtrantes de fibra plegada impregnados con un fluido especial a base de petróleo. Esto permite que los elementos AIRSEP manejen un flujo alto de volumen de aire con muy poca restricción y limpien también el aire que entra al motor. Estos elementos son reutilizables, pero requieren un procedimiento especial de mantenimiento. Los filtros AIRSEP se limpian usando el Juego de Limpieza 109-9720. Siga las instrucciones del Manual de Operación y Mantenimiento.

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Fig. 2.1.8 Antefiltro de una tapa

Antefiltro Algunos motores también están equipados con un antefiltro. El antefiltro está ubicado antes de la entrada al filtro de aire principal. El propósito del antefiltro es quitar la mayor parte de la suciedad antes de que entre en el filtro. Esto aumenta el tiempo de servicio del filtro de aire. El tipo más simple de antefiltro es una tapa de rejilla en la parte superior a la entrada de la caja del filtro de aire.

Fig. 2.1.9 Caja de recolección de polvo

Otro tipo de antefiltro usado en el equipo Caterpillar es un tambor con paletas en espiral. Las paletas hacen que el aire de entrada gire. Debido a que la suciedad es más pesada que el aire, la suciedad es enviada hacia afuera debido a la acción de rotación. La suciedad entonces cae a una caja recolectora. Los antefiltros deben inspeccionarse y limpiarse diariamente.

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Fig. 2.1.10 Turbocompresor

Turbocompresor La mayoría de los motores diesel están equipados con un turbocompresor para mejorar el rendimiento y la eficiencia del motor. El turbocompresor recibe el aire limpio que pasa a través del filtro de aire. La rotación de la rueda compresora del turbocompresor succiona el aire, que luego es comprimido y enviado con presión a los cilindros.

Ven ta j a s d e los Tu r b ocom p r esor es ¥ Pot en cia ¥ E ficien cia

Fig. 2.1.11 Ventajas de los turbocompresores

Ventajas de los turbocompresores Los turbocompresores tienen las siguientes ventajas importantes: 1. Potencia - El aire comprimido contiene más oxígeno por unidad de volumen. A mayor cantidad de oxígeno en el cilindro, mayor cantidad de combustible que puede inyectarse para obtener una mejor potencia de salida. 2. Eficiencia - El turbocompresor permite una combustión más eficiente que resulta en emisiones bajas y mayor economía de combustible.

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Fig. 2.1.12 Operación del turbocompresor

Operación del turbocompresor Cuando el turbocompresor comprime el aire de admisión, aumenta la temperatura del aire. El aire caliente tiene menor densidad y por tanto menor cantidad de oxígeno. Si este aire caliente y comprimido se envía a los cilindros, se perdería parte de la eficiencia ganada en la compresión. Aquí es donde el posenfriador actúa bajando la temperatura del aire comprimido antes que entre en los cilindros.

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Posen fr ia d or es ¥ Posen fr ia d or d e Air e a Air e ¥ Posen fr ia d or con Agu a d e la s C a m isa s

Fig. 2.1.13 Posenfriadores

Posenfriadores Los posenfriadores se usan junto a los turbocompresores para bajar la temperatura del aire que llega al turbocompresor antes de que éste entre en el cilindro. Esto hace que el aire sea más denso, es decir contenga más oxígeno por unidad de volumen. Este aumento de oxígeno en el cilindro se traduce en mayor potencia y eficiencia del motor. Hay diferentes tipos de posenfriadores usados en los motores Caterpillar. Sin embargo, todos los posenfriadores tienen el mismo propósito: remover el calor del aire de admisión suministrando aire más denso y refrigerado al cilindro.

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Fig. 2.1.14 Posenfriador de aire a aire (ATAAC)

Posenfriador de aire a aire (ATAAC) En el sistema del posenfriador de aire a aire, se instala un núcleo enfriador separado al frente del radiador del vehículo. El aire a temperatura ambiente pasa a través del núcleo del posenfriador por acción del ventilador. El posenfriador de aire a aire enfría el aire presurizado proveniente del turbocompresor, antes que el aire entre al múltiple de admisión. Este es un método altamente eficaz para proveer al posenfriador de un gran volumen de aire enfriado. Por esta razón, esta configuración se encuentra con mayor frecuencia en las aplicaciones de los camiones de carretera.

Fig. 2.1.15 Posenfriador con agua de las camisas (JWAC)

Posenfriador con agua de las camisas (JWAC) El sistema de posenfriador con agua de las camisas tiene un conjunto de núcleo cargado con refrigerante. Este usa el refrigerante del motor para enfriar la carga de aire que entra a los cilindros. La bomba de refrigerante envía el refrigerante a los núcleos del posenfriador. El posenfriador enfría el aire presurizado del turbocompresor, antes que el aire entre al múltiple de admisión.

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P O S E N F R I A D O R D E C IR C U I TO S E PA R A D O TU RB OC OM P R E S OR P O S E N F R IA D O R

B O M B A A U X IL IA R DE AGU A

C I R C U IT O D E E N F R I A M I E N T O DE AGU A DE L P O S E N F R IA D O R

C IR C U IT O D E E N F R IA M IE N T O D E

BO M BA D E R E F R IG E R A N T E D E L A C A M IS A

AGU A D E LA C A M IS A

Fig. 2.1.16 Posenfriador de circuito separado

Posenfriador de circuito separado (SCAC) Un sistema con posenfriador de circuito separado es similar al sistema con posenfriador de agua de la camisa con pequeñas diferencias. El circuito de enfriador separado del agua de la camisa del motor se usa para enfriar el motor. El agua de la camisa actúa en forma normal y enfría la culata, el bloque, el aceite de la transmisión, etc. El sistema con posenfriador de circuito separado tiene una bomba de refrigerante propia, tuberías y un intercambiador de calor para el posenfriador. Este sistema se usa típicamente en aplicaciones donde se requiere posenfriamiento máximo. La mayoría de las aplicaciones marinas usan posenfriadores de circuito separado junto con los intercambiadores de calor diseñados para usar el agua de la quilla para enfriar el circuito. La mayoría de los camiones de minería Caterpillar grandes usan este tipo de posenfriador.

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Múltiple de admisión Desde el filtro de aire (turbocompresor/posenfriador, si está equipado) el aire entra en el múltiple de admisión. El múltiple de admisión envía el aire a la culata.

Fig. 2.1.17 Carrera de admisión

Carrera de admisión El aire llena los orificios de entrada en la culata. En la carrera de ADMISION a medida que el pistón viaja hacia abajo en el cilindro, las válvulas de admisión se abren y el aire llena el volumen del cilindro.

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Fig. 2.1.18 Carrera de compresión

Carrera de compresión En la carrera de COMPRESION el pistón comienza a moverse hacia arriba y las válvulas de admisión se cierran. El aire atrapado en el cilindro se comprime. Cuando el aire inyectado al cilindro se comprime, aumenta su temperatura hasta el punto en que hará que el combustible se queme.

Fig. 2.1.19 Carrera de potencia

Carrera de potencia Cuando el pistón se acerca a la parte superior de su recorrido, se inyecta combustible en el cilindro. El combustible se mezcla con el aire caliente y se produce la combustión. La potencia producida por la combustión envía el pistón hacia abajo lo cual produce la carrera de POTENCIA.

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Fig. 2.1.20 Carrera de escape

Carrera de escape Casi al final de la carrera de POTENCIA, las válvulas de escape se abren. Cualquier presión residual de la combustión saldrá por el múltiple de escape. En el movimiento hacia arriba del pistón o carrera de ESCAPE, los gases se barren fuera del cilindro. Al terminar la carrera de escape, las válvulas se cierran y el ciclo se inicia nuevamente.

Fig. 2.1.21 Flujo de gases de escape

Flujo de gases de escape Los gases que escapan del cilindro pasan por el múltiple de escape al turbocompresor, si está equipado. Los gases de escape calientes que salen de los cilindros contienen alta energía calorífica sin usar. La turbina de escape del turbocompresor captura parte de esta energía calorífica.

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Fig. 2.1.22 Operación del turbocompresor

Operación del turbocompresor Los gases de escape pegan contra los álabes de la turbina y hacen girar la rueda de la turbina. La rueda de la turbina está conectada por un eje a la rueda compresora. Los gases de escape hacen que la turbina y la rueda del compresor giren. Los gases de escape empujan la turbina y hacen que la rueda del compresor gire a velocidades de 80.000 a 130.000 rpm, comprimiendo el aire de admisión. Cuando la carga del motor aumenta, mayor cantidad de combustible se inyecta en los cilindros. El aumento de la combustión produce mayor cantidad de gases de escape haciendo que la turbina y la rueda del compresor giren más rápido. Mientras más rápido gira la rueda del compresor, más aire entra en los cilindros. Las rpm máximas del turbocompresor dependen del ajuste de inyección de combustible, del ajuste de velocidad alta en vacío y de la altitud.

Fig. 2.1.23 Flujo de gases de escape

Flujo de gases de escape Desde el turbocompresor (si está equipado), los gases de escape pasan por la tubería de escape, el silenciador y finalmente por el tubo de escape.

Unidad 2 Ejercicio 1

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Unidad 2 - Ejercicio 1.1 1. Explique la función de los componentes y el servicio requerido en los sistemas de admisión y escape de aire. Filtros de aire -Tipos y mantenimiento. Cómo limpiarlos Turbocompresores - aumentan la densidad del aire, pero también aumentan la temperatura del aire Posenfriadores - Enfrían el aire que sale del turbocompresor (aumentando la densidad del aire) NOTA: Publicación "Turbocompresores" (SEBV0550) 2. Usando la publicación "Turbocompresores" (SEBV0550), revise: La estructura del turbocompresor Las causas de averías de los turbocompresores NOTA: Publicación "Manual de Operación y Mantenimiento del Motor 3406E"(SSBU6758). 3. Usando el "Manual de Operación y Mantenimiento del Motor 3406E” (SSBU6758): Revise los intervalos de mantenimiento relacionados con el sistema de aire (págs. 90 - 91): Filtro de aire - Revise el indicador de servicio diariamente. Ajuste de válvulas - Ajuste inicial después de 24.193 a 96.558 kilómetros (15.000 a 60.000 millas). Después del ajuste inicial, hacerlo en cada Mantenimiento Preventivo (MP) de Nivel 2. Posenfriador de aire a aire - cada 2 años, 124.905 litros (33.000 gal EE.UU) de combustible, 321.860 kilómetros (200.000 millas) o 4.000 horas.

NOTAS

Unidad 2 Lección 1, Hoja 1

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ESPECIFICACIONES DE LOS SISTEMAS DE AIRE DEL MOTOR CATERPILLAR Temperatura máxima del aire de admisión: 48 °C (120 °F) ambiente Restricción máxima del filtro de aire Filtro nuevo - 15 pulgadas de agua Filtro usado - use el indicador de servicio del filtro de aire En motores diesel para carretera - 63,5 cm (25 pulg) de agua Otros motores diesel - 76,2 cm (30 pulg) de agua Motores de gas - 38 cm (15 pulg) de agua Restricción máxima del posenfriador Posenfriador con agua de la camisa - 7,6 cm (3 pulg) de mercurio Posenfriador de aire a aire - 10,1 cm (4 pulg) de mercurio Temperatura máxima de gases de escape Turbocompresión: 642 °C (1.200 °F) (en algunos motores puede ser más alta) De aspiración natural: 697 °C (1.300 °F) Restricción máxima de gases de escape Con turbocompresión - 68,5 cm (27 pulg) de agua Aspiración natural - 86,3 cm (34 pulg) de agua Motores diesel para carretera - 101,6 cm (40 pulg) de agua Temperaturas máximas del múltiple de admisión Con turbocompresión: 161 °C (325 °F) Con turbocompresión, posenfriamiento con agua de la camisa: 117 °C (245 °F) Con turbocompresión, posenfriamiento con circuito separado: [29 °C (85 °F) del agua] 51 °C (125 °F) Con turbocompresión, posenfriamiento de aire a aire: 65 °C (150 °F) Datos de conversión 3,5 kPa = 2,5 cm (1 pulg) de Hg = 2,5 cm (1 pulg) de agua = 0,5 lb/pulg2 6,89 kPa = 5,1 cm (2 pulg) de Hg = 5.1 cm (2 pulg) de agua = 1 lb/pulg2 103 kPa = 72,6 cm (30 pulg) de Hg = 72,6 cm (30 pulg) de agua = 15 lb/pulg2