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INTRODUCCION AL MOTOR DIESEL

Para diferenciar de forma coherente el motor de gasolina del motor diésel, debemos atender al menos a tres aspectos fundamentales: a) Sus principios termodinámicos; b) Su fabricación y elementos que lo constituyen; c) Sus aspectos económicos y prácticos en la Automoción.

Al estudiar sus principios termodinámicos, antes de comenzar con sus ciclos característicos, debemos recordar algunos conceptos, que nos ayudarán a su mejor comprensión. Ante todo recordemos que los gases se caracterizan por estar constituidos por una materia informe y sin volumen propio, que toma la forma del recipiente que la contiene y que tienden a ocupar un volumen mayor, que el de dicho recipiente (expansibilidad). Por otra parte, si se intenta disminuir el volumen ocupado por una cantidad determinada de gas, la reacción elástica de éste aumenta. Esta reacción es lo que denominamos presión y es el resultado de la compresibilidad de los gases (propiedad de ocupar un espacio menor). Podemos definir la presión de un gas como la fuerza ejercida por el mismo sobre la unidad de superficie (generalmente el cm2) que lo encierra y se puede medir en kg/cm2, en atmósferas, o en bares (1 atmósfera = 1,033 Kg/cm2 ; 1 kg/cm2 = 0,98 bares). Las Leyes de Boyle-Mariote y de Gay Lussac establecen la relación entre la presión y el volumen a temperatura constante (P.V = R.T, en la que P es la presión del gas; V, el volumen ocupado por el mismo; T, la temperatura del gas y R, una constante empírica). Las evoluciones de un gas sin intercambio

de calor con las paredes del recinto que lo contiene, se llaman proceso adiabático. En 1.823 Carnot enunció un ciclo ideal, Ciclo de Carnot, que se compone de 4 etapas: Admisión, o compresión isotérmica; Compresión, o compresión adiabática; Combustión, o expansión isotérmica y la Escape, o expansión adiabática y que corresponden en su primera fase Admisión de aire puro, a la introducción de una masa gaseosa en un cilindro, su compresión por el pistón a temperatura constante (refrigerando dicho cilindro durante esta fase); en su segunda fase Compresión, se cesa la refrigeración del cilindro y se sigue la compresión rápidamente, de manera que no se efectúe ningún intercambio de calor entre los gases y el cilindro; en su tercera fase inyección del combustible (Combustión), mientras dura la compresión isotérmica, el cilindro refrigerado (expansión isotérmica) debe ser recalentado para mantener la temperatura constante y en la cuarta fase Escape de los gases quemados, sigue la expansión, pero se detiene el calentamiento del cilindro para que se realice sin intercambio de calor entre cilindro y masa gaseosa y así ésta puede recuperar el volumen y la presión, que tenía al principio del ciclo Igualmente recordemos que la potencia (P) de un motor es directamente proporcional al par motor (M) del mismo y al régimen de revoluciones (w) a que está sometido (P = K. M.w), siendo K una constante empírica y que, si medimos el par en m x kg y el régimen, en r.p.m., el valor de K es de 1/716, si queremos obtener el valor de la potencia en caballos de vapor (CV). Esta potencia del motor se mide en el cigüeñal por medio de unos bancos de prueba, dotados de un freno mecánico, o eléctrico (dinamómetro), por lo que recibe el nombre de potencia al freno. El motor colocado en el banco puede estarlo con todos los elementos accesorios capaces de consumir esfuerzo, desmontados (bomba de agua, de combustible, ventilador, alternador, filtros de aceite y aire, silencioso, etc) y además realizarse varias medidas (cada 200 rpm), realizando cada vez la puesta a punto del mismo, con lo que se consiguen valores máximos cada vez. Entonces la medida así obtenida se llama potencia SAE y es preconizada por la industria norteamericana. Si se hace con todos los accesorios desmontados y sin retocar los ajustes (puesta a punto) se denomina potencia DIN y es defendida por Alemania. Existe una forma intermedia (italiana) que realiza la prueba con los accesorios desmontados, pero realizando los ajustes citados y se llama potencia CUNA. Se suele usar la potencia DIN, o en casos de índole comercial, la SAE por ser alrededor de un 10% a un 15% mayor y por tanto más favorable publicitariamente. También es preciso recordar el concepto de potencia específica (potencia máxima que puede suministrar el motor por litro de cilindrada) ya que, cuando ésta se mantiene más o menos constante en un intervalo amplio del régimen, el motor es elástico y se recupera rápidamente sin necesidad de cambiar de

marcha. Recordados estos conceptos generales, pasemos a estudiar los Ciclos Otto y Diesel, partiendo de un motor de gasolina de 4 tiempos (4 carreras del pistón por cada 2 vueltas del cigüeñal), o sea en un ciclo Otto: En el primer tiempo, en carrera descendente, se produce la admisión de airecombustible. En el segundo, en carrera ascendente, se produce la compresión. En el tercero, en carrera de nuevo descendente, el encendido y explosión (tiempo de expansión). Finalmente, en el cuarto, ascendiente de nuevo, el escape de los gases quemados. En un ciclo Diesel: Corresponde el primer tiempo con una carrera descendente en la que se produce la admisión de aire puro. El segundo tiempo, carrera ascendente, con una compresión de este aire. El tercer tiempo, con otra carrera descendente, con la inyección del combustible, combustión y expansión y finalmente, el cuarto tiempo, con una carrera ascendente con escape de los gases quemados.

De hecho el ciclo real es sensiblemente distinto del ciclo teórico.

El ciclo Diesel, a presión constante consta a su vez de una primera fase, o compresión adiabática del aire puro previamente aspirado; una segunda fase, combustión a presión constante; una tercera fase, o expansión adiabática y una cuarta fase, o descenso brusco de la presión. En la primera fase el aire puro anteriormente aspirado se comprime y adquiere una temperatura suficiente como para provocar el autoencendido del combustible inyectado; en la segunda fase y al principio de la expansión, la combustión se realiza a presión constante, mientras el volumen aumenta. La dilatación de los gases compensa la caida de presión debida a este aumento de volumen; en la tercera fase la expansión se efectúa sin intercambio de calor con las paredes del cilindro y en la cuarta fase la apertura instantánea del escape produce un descenso muy rápido de la presión, mientras el pistón se mantiene en el punto muerto (volumen constante). En cuanto a su fabricación y elementos que los constituyen, diremos que

después de haber desplazado en un tiempo el motor diesel al de gasolina, sobre todo en sus aplicaciones de propulsión de vehículos, usos industriales, navales y agrícolas, por las causas que más adelante expondremos, si bien la fabricación del motor diesel es más cara y alguno de sus dispositivos auxiliares (refrigeración, filtrado de combustible,etc) son de coste más elevado que los de gasolina, hoy día se ha llegado con las grandes producciones en serie a un menor coste , que los iguala casi a los de gasolina, máxime con la incorporación en éstos de las nuevas técnicas de la inyección de gasolina. El bloque motor es similar en ambos tipos de motores, si bien el dimensionado de los mismos es mayor en el diesel por trabajar éstos bajo cargas mayores. Suelen ser de fundición perlítica y llevar camisas recambiables (generalmente húmedas) con una pestaña de tope en su parte superior (en los Diesel). Los pistones en estos motores desempeñan múltiples funciones, por lo que se diferencian de los de gasolina en la forma del fondo y en la cabeza, que dependen del sistema de inyección utilizado; en el perfil de la falda, actualmente en óvalo progresivo curvilíneo; en la disposición de los segmentos (en ocasiones alojados en gargantas postizas) y en la altura del eje; su espesor en la cabeza es superior por las presiones y condiciones térmicas a que son sometidos. También difieren en el árbol de levas en los casos en que el motor diesel esté equipado de inyectores-bomba. La culata suele diferir bastante en uno y otro caso, ya que los de gasolina suelen ser de una sola pieza y en los diesel acostumbra a disponerse de una culata por cada 3 cilindros, o una individual por cada uno de ellos. La disposición de los conductos de agua es diferente, pues los Diesel deben refrigerar no sólo las cámaras de turbulencia, sino los inyectores. También puede serlo la disposición en la misma de una parte de la cámara de turbulencia, mecanizada en la misma. Finalmente el sistema de inyección diesel en cualquiera de sus modernos procedimientos de common-rail, inyectores-bomba, control electrónico, etc, constituyen un elemento diferenciante respecto a los de gasolina. En lo tocante a sus aspectos económico y práctico vemos que los diesel tienen un mejor rendimiento térmico gracias a su elevado grado de compresión y a que su combustión se efectúa con un exceso de aire, pudiendo llegar a un 60% frente a un 45% en algunos de gasolina. Además el poder calorífico del diesel es superior al de la gasolina. El consumo específico del diesel es inferior, lo que unido al menor precio del gasoil, es un elemento determinante en el transporte de mercancías; sobre todo al ralentí; la relación de consumos es de 1 a 4 , lo que lo hace particularmente adecuado para la distribución (furgonetas). La duración de la vida del motor es asimismo superior en el diesel, que en el de gasolina (hasta 3 veces) y su valor residual es también mayor.

Otro punto favorable es la facilidad de puesta en marcha a bajas temperaturas, que los gases de escape sean menos tóxicos y que el peligro de incendio sea menor, pues el gasoil es menos volátil que la gasolina y sus vapores necesitan temperaturas de 80ºC para inflamarse, mientras que los de la gasolina lo hacen a 20ºC. Sin embargo como negativos diremos que tanto el motor Diesel como su equipamiento es más pesado que los motores de gasolina; es más caro de construir, como hemos dicho; su mantenimiento es laborioso. En general y además, pese a los avances conseguidos, es más ruidoso que el de gasolina.

El Motor Diesel Rudolf Diesel desarrolló la idea del motor diesel y obtuvo la patente alemana en 1892. Su logro era crear un motor con alta eficiencia. Los motores a gasolina fueron inventados en 1876 y, específicamente en esa época, no eran muy eficientes.

Las diferencias principales entre el motor a gasolina y el Diesel eran: Un motor a gasolina succiona una mezcla de gas y aire, los comprime y enciende la mezcla con una chispa. Un motor diesel sólo succiona aire, lo comprime y entonces le inyecta combustible al aire comprimido. EL calor del aire

comprimido enciende el combustible espotáneamente. Un motor diesel utiliza mucha más compresión que un motor a gasolina. Un motor a gasolina comprime a un porcentaje de 8:1 a 12:1, mientras un motor diesel comprime a un porcentaje de 14:1 hasta 25:1. La alta compresión se traduce en mejor eficiencia. Los motores diesel utilizan inyección de combustible directa, en la cual el combustible diesel es inyectado directamente al cilindro. Los motores a gasolina generalmente utilizan carburación en la que el aire y el combustible son mezclados un tiempo antes de que entre al cilindro, o inyección de combustible de puerto en la que el combustible es inyectado a la válvula de succión (fuera del cilindro). La siguiente animación muestra el ciclo diesel en acción. Puede compararlo a la animación del motor a gasolina para ver las diferencias:

Note que el motor diesel no tiene bujía, se toma el aire y lo comprime, y después inyecta el combustible directamente en la cámara de combustión (inyección directa). Es el calor del aire comprimido lo que enciende el combustible en un motor diesel. En esta animación simplificda, el aparato verde pegado al lado izquierdo del cilindro es un inyector de combustible. De cualquier forma, el inyector en un motor diesel es el componente más complejo y ha sido objeto de gran experimentación -en cualquier motor particular debe ser colocado en variedad de lugares-. El inyector debe ser

capaz de resistir la temperatura y la presión dentro del cilindro y colocar el combustible en un fino rocío. Mantener el rocío circulando en el cilindro mucho tiempo, es también un problema, así que muchos motores diesel de alta eficiencia utilizan válvulas de inducción especiales, cámaras de pre-combustión u otros dispositios para mezclar el aire en la cámara de combustión y para que por otra parte mejore el proceso de encendido y combustión. Una gran diferencia entre un motor diesel y un motor a gasolina está en el proceso de inyección. La myoría de los motores de autos utilizan inyección de puerto o un carburador en lugar de inyección directa. en el motor de un auto, por consiguiente, todo el combustible es guardado en el cilindro durante el choque de succión, y se quema todo instatáneamente cuando la bujía dispara. Un motor diesel siempre inyecta su combustible directamente al cilindro, y es inyectado mediante una parte del choque de poder. Esta técnica mejora la eficiencia del motor diesel. La mayoría de motores diesel con inyección indirecta traen una bujía encandescente de algún tipo que no se muestra en la figura. Cuando el motor diesel está frío, el proceso de compresión no puede elevar el aire a una temperatura sufcientemente alta para encender el combustible. La bujía encandescente es un alambre calentado eléctricamente (recuerde los cables calientes que hay en una tostadora) que ayuda a encender el combustible cuando el motor está frío.

Combustible Diesel

Si usted ha comparado el combustible diesel y la gasolina, sabrá que son diferenes. Huelen diferente. El combustible diesel es más pesado y aceitoso. El combustible diesel se evapora mucho más lento que la gasolina -su punto de ebullición es más alto que el del agua-. Usted oirá a menudo que al combustible diesel lo llaman aceite deisel por lo aceitoso. El combustible diesel se evapora más lento porque es más pesado. Contiene más átomos de carbón en cadenas más largas que la gasolina (la gasolina típica es C9H20 mientras el diesel es típicamente C14H30). Toma menos tiempo refinar para crear el combustible diesel, ya que es generalmente más barato que la gasolina. El combustible diesel tiene una densidad de energía más alta que la gasolina. En promedio, un galón de combustible diesel contiene aproximadamente 147x106joules, mientras que un galón de gasolina contiene 125x106joules. Esto, combinado con la eficiencia mejorada de los motores diesel, explica porqué los motores diesel poseen mejor kilometraje que el equivalente en gasolina.

MANTENIMIENTO DE LOS INYECTORES DIESEL

Introducción Un inyector defectuoso puede dañar el electrodo de la bujía de incandescencia; por lo tanto si ha habido problemas con los inyectores en motores de inyección indirecta deberá comprobarse el estado de dichas bujías. El estado de los inyectores tiene una importancia critica para el buen funcionamiento del motor y por ello es necesario comprobarlos periódicamente. Los síntomas de suciedad o desgaste de los inyectores son la emisión de humo negro en el escape, fuerte golpeteo del motor, pérdida de potencia, sobrecalentamiento, fallos de encendido y mayor consumo de combustible. NOTA: El gasoil es perjudicial para la piel y los ojos. La exposición prolongada de la piel a dicho combustible puede provocar dermatitis. Por ello cuando se manipule algún componente del sistema de combustible es aconsejable utilizar guantes protectores o al menos protegerse las manos con una crema adecuada.

Desmontaje y montaje de los inyectores Como norma general deberá tenerse en cuenta los siguientes puntos: 1. Antes de aflojar cualquier conexión del sistema de combustible compruebe que esté libre de grasa y suciedad, para evitar la posible contaminación de las tuberías de combustible. Se puede utilizar aire comprimido para eliminar la suciedad de los racores pero nunca después de haber abierto cualquier parte del sistema de combustible. 2. Primero afloje los racores de conexión de la tubería de combustible al inyector y a la bomba de inyección. Si las tuberías de combustible se mantienen unidas por medio de una o varias abrazaderas, retire éstas. 3. Desacople las conexiones de retorno del inyector, teniendo la precaución de recoger las arandelas de cobre si los racores son del tipo orientable. 4. En los inyectores de sujeción por mordaza o brida con más de una tuerca o tornillo de fijación, afloje estos elementos graduales y uniformemente para no deformar el inyector y después retire las tuercas

o tornillos y la mordaza. Si el inyector está muy apretado en la tapa tendrá que utilizar un extractor adecuado. 5. En casi todos los inyectores, la estanqueidad entre éstos y la tapa se consigue por medio de una arandela de cobre. Esta arandela cierra la parte superior del inyector y en algunos casos éste asienta sobre una arandela ondulada o cóncava situada en la parte inferior del alojamiento para el inyector, la cual actúa como aislante térmico. Estas arandelas deberán renovarse cada vez que se desmonte el inyector. Suelen ir encajadas con apriete en el alojamiento del inyector y a menudo hay que utilizar un alambre doblado para extraerlas. Algunos inyectores van montados con un casquillo aislante además de la arandela de estanqueidad y a veces este casquillo sustituye a la arandela cóncava u ondulada. Si el citado casquillo es de tipo desmontable deberá renovarse también cada vez que se desmonte el inyector. 6. Tapone el extremo de todas las tuberías de combustible desconectadas para evitar que entre suciedad. La presencia de suciedad en el sistema de combustible puede provocar graves averías en las delicadas superficies internas de la bomba de inyección y los inyectores, mecanizadas con gran precisión. 7. Es indispensable limpiar meticulosamente los alojamientos de los inyectores antes de volver a montar éstos. 8. Cualquier partícula de suciedad que quede en el alojamiento puede ocasionar fugas de compresión, lo mismo que si se vuelven a utilizar arandelas de estanqueidad viejas, ya aplastadas, y tales fugas pueden originar fuertes erosiones en el inyector debido a las altas temperaturas de los gases de la fuga. Además los depósitos de carbonilla formados entre el cuerpo del inyector y las paredes de la tapa debido a la fuga pueden hacer que el inyector se aga-rrote en el alojamiento. Si los inyectores son de montaje a rosca y tienen prescrito un determinado par de apriete, respete éste al volver a montarlos. Utilice una llave de inyectores o una llave de vaso de suficiente profundidad para poder utilizar una llave dinamométrica.

Desarmado, limpieza y armado de los inyectores Todos los inyectores pueden desarmarse ya que el porta inyector y el cuerpo del inyector van unidos a rosca. Con este fin el inyector está provisto, en los lugares adecuados, de caras planas o hexágonos para las correspondientes llaves. La mayoría de los inyectores tienen componentes parecidos, siendo los más importantes el cuerpo del inyector, el porta inyector, la tobera, la válvula de aguja y el muelle de presión.

Los motores de inyección indirecta suelen llevar inyectores Bosch y CAV de montaje a rosca, el muelle de presión que mantiene apretada la aguja contra su asiento en el inyector se monta con una precarga conseguida por medio de un suplemento, o de un tornillo de ajuste. Esta precarga determina la presión de apertura del inyector y normalmente no es preciso reajustarla. No obstante si el resultado de la prueba de apertura indica que el inyector está descalibrado, puede ajustarse el tornillo de precarga o añadirse un suplemento de distinto espesor para corregir el defecto. Es esencial limpiar escrupulosamente el inyector antes de desarmarlo. Para ello lo mejor es utilizar un recipiente limpio con petróleo y una brocha de cerdas duras. Cualquier mota de polvo o partícula de suciedad que penetre en el inyector puede ocasionar un grave desgaste del mismo. Entre las piezas del cuerpo del inyector suelen ir montadas arandelas de estanqueidad de cobre; estas arandelas compresibles han de renovarse cada vez que se desarme el inyector. Para desarmar y armar el inyector lo mejor es sujetarlo firmemente en un útil especial o en una morza de banco, teniendo la precaución en este último caso de no apretar el tornillo excesivamente. NOTA.- Si se desarma más de un inyector es importante que no se mezclen los componentes de unos con los de otros ya que tal intercambio descompensaría las tole-rancias de montaje y perjudicarían el funcionamiento de los inyectores. Los equipos especiales de limpieza suelen contener un cepillo metálico de latón, raspadores de toberas y agujas, un surtido de alambres de limpieza de orificios y de vari-llas para limpieza de canalizaciones, de varios diámetros, y un porta alambres/portavarillas para usar estos utensilios con más facilidad. El latón es el único metal que puede utilizarse sin peligro para escarbar en los orificios o raspar los componentes de los inyectores. Para limpiar las piezas de los inyectores puede utilizarce nafta. Durante la limpieza deberá prestarse especial atención a la superficie de asiento y a la válvula de aguja del inyector que deberán secarse perfectamente con un paño que no desprenda pelusa. Los depósitos de carbonilla del exterior de la tobera pueden eliminare con un cepillo de latón. Los depósitos de carbonilla endurecidos pueden rasparse con un trozo de madera dura o una pletina de latón y, si es necesario, reblandecerse sumergiéndolos antes en nafta o gas oil.

El vástago de presión de los inyectores de espiga debe examinarse minuciosamente para ver si existen depósitos de carbonilla en la zona del escalón, donde varia el diámetro del vástago. Los orificios y las canalizaciones de combustible deberán limpiarse totalmente de obstrucciones y depósitos utilizando alambres y varillas de latón de los diámetros adecuados. NOTA.- Dado que los alambres de limpieza son muy finos y pueden romperse fácilmente quedando atascados los pequeños trozos de alambre en los orificios sin posibilidad de extraerlos, se recomienda dejar que el alambre asome sólo lo imprescindible del portaalambres a fin de que ofrezca la máxima resistencia posible a la flexión. Una vez limpia todas las piezas deberán enjuagarse a fondo el inyector con disolvente y la superficie del asiento y el cono de la aguja deberán secarse con un paño que no desprenda hilachas. Para comprobar si la tobera y el cono de la aguja están perfectamente limpios puede introducirse la aguja en la tobera y escuchar el sonido que produce la primera al dejarla caer contra el asiento de la segunda; deberá ser un claro chasquillo metálico. Si no es así, será necesario limpiar mejor ambas piezas. NOTA: Si se observa que el inyector presenta una tonalidad azulada por haberse sobrecalentado o si el asiento presenta un aspecto mate en vez de brillante, no intentar esmerilar ambas superficies de contacto para adaptarlas; en lugar de ello cambiar la tobera y la aguja (sí se dispone de estas piezas) o el inyector completo. Antes de armar el inyector, sumergir la tobera y la aguja en gasoil limpio para que la aguja se deslice con facilidad en su guía. Una vez armado el inyector comprobar su funcionamiento en un banco de pruebas de inyectores como se indicará en futuras notas.

Algunos de los modelos turbodiesel de BMW van equipados con Intercooler. El Intercooler es un radiador de aire que mejora notablemente el rendimiento de los motores turbodiesel.

A raíz de la precompresión en el turbocompresor, el aire se calienta intensamente y se expande, con la consecuencia de una reducción de la masa de aire por cilindro y por lo tanto también su contenido de oxígeno. Esto surte efectos negativos sobre la combustión. La solución es enfriar el aire antes de que llegue al cilindro, haciéndolo pasar a través de un radiador de aire (se consigue refrigerar el aire aproximadamente un 40% desde 100°-105° hasta 60°-65°). El resultado es una notable mejora de la potencia y del par motor gracias al aumento de la masa de aire (aproximadamente del 25% al 30%). Además se reduce el consumo y la contaminación.

Este es otro de los términos extraídos del idioma inglés que confunde a los que trabajan con motores, no tanto por dudas sobre su funcionamiento (sumamente elemental) si no por los varios nombres que para el mismo componente (o muy similares) utilizan los fabricantes de motores como parte de sus estrategias de marketing. Intercooler, Aftercooler y Chargercooler son los términos más comunes para llamar a un intercambiador de calor aire/aire, o si lo prefiere en más sencillo; un radiador aire/aire. El principio es el siguiente: Enfriar el aire que pasa por el sistema admisión (antes de llegar al múltiple) en dirección a los cilindros para que con esta menor temperatura aumente la densidad y por ende la cantidad de oxígeno (comburente)

dentro de las cámaras de combustión, lo cual a su vez nos permitirá aumentar la cantidad de combustible para producir una mayor potencia. Estos enfriadores normalmente son utilizados en motores turbinados ya que como producto de la compresión del aire por el turbocargador este aumenta su temperatura por lo menos en 30° grados centígrados y muchas veces más dependiendo de la aplicación, entonces si bien es cierto el turbo nos entregará aire comprimido este habrá aumentado su temperatura y perdido densidad. Los enfriadores de aire se utilizan para contrarrestar este efecto y optimizar la densidad del aire que llega al motor.

¿En cuanto puede mejorar la potencia de un motor turbinado un "cooler"? En rangos de 10 a 30% dependiendo de la aplicación. Los tamaños, cantidad de hileras y forma de cómo se hace pasar el aire de refrigeración a través del enfriador depende del diseñador. Puede ser que sólo pase el aire del flujo de desplazamiento del vehículo (normalmente montados en la parte delantera de las versiones automotrices), puede ser mediante un ventilador eléctrico o por un ventilador accionado por poleas extrayendo propulsión del mismo motor. Términos: Intercooler = Enfriador intermedio (entre el turbo y la admisión) Aftercooler = Enfriador después de (del turbo obviamente) Chargercooler = Cargador por enfriamiento Según el concepto sólo se justificaría el término aftercooler cuando hablamos de motores con turbos de descarga secuencial (no paralelos) con dos intercambiadores, entonces el primer "cooler" montado para enfriar el aire del primer turbo sería el intercooler ( también cuando haya sólo un turbo y un enfriador), y el segundo "cooler" montado después del segundo turbo sería el aftercooler lo cual nos permitiría con un solo término saber a cual enfriador nos referimos.

MOTORES DIESEL DE INYECCION DIRECTA

Las últimas versiones de motores turbodiesel que han llegado al mercado, se caracterizan por equipar sistemas de alimentación de inyección de combustible directa a alta presión, que bajo las denominaciones de "Unijet", "Common Rail", "HDI" y otras según el productor del vehículo- remiten a una nueva tecnología caracterizada por un aumento de la potencia específica y el ahorro de combustible, en particular en regímenes de rotación altos. La novedad fue concebida dentro del Grupo Fiat, con la participación de sus subsidiarias Magneti Marelli, Elasis y el Centro de Desarrollo Fiat, y posteriormente fue cedido a Robert Bosch A.G. de Alemania, para su fase final de desarrollo e industrialización. PSA Peugeot-Citroën, asociada con Mitsubishi, llevaron adelante un desarrollo paralelo, con similares resultados. Respecto de los dispositivos de inyección tradicionales, el Unijet (lo llamaremos así para sintetizar) garantiza una mejora global importante

de las prestaciones y un funcionamiento más silencioso, que llega hasta 8 decibeles menos, según el régimen de rotación del motor. En los sistemas usados hasta ahora, con cámara de precombustión, la alimentación de los inyectores del gasoil es accionada por una bomba mecánica (a menudo con control electrónico) y la presión de inyección crece proporcionalmente al aumento del régimen de rotación del motor, lo cual presupone un límite físico para optimizar la combustión, y por ende las prestaciones, el ruido y las emisiones contaminantes. En cambio, en el sistema Unijet la presión de inyección es independiente de la velocidad de rotación del motor, porque la bomba de inyección genera presión por acumulación. De allí deriva la posibilidad de utilizar, por un lado, presiones muy altas y, por el otro, suministrar cantidades mínimas de combustible, e incluso de realizar una preinyección, o inyección piloto. Son dos características que conceden grandes ventajas al conductor: una combustión más eficiente y por lo tanto mejores prestaciones- y una reducción del ruido de combustión. En detalle, el sistema consta de una pequeña bomba sumergida en el depósito que envía el gasoil a la bomba principal. Esta es una bomba de alta presión, arrastrada por la cadena de distribución, que "empuja" constantemente el combustible. De esta manera en el "rail" o depósito de acumulación, siempre hay combustible a presión. Un sensor ubicado en el rail y un regulador en la bomba, adaptan la presión a la demanda de la central, generada por la presión sobre el acelerador. De este modo se puede variar constantemente la presión del gasoil, eligiendo para cada punto de funcionamiento el valor ideal. Está claro que gestionar bien la presión en todo el campo de funcionamiento del motor, significa disponer de más eficiencia de combustión y por lo tanto mejores prestaciones y menores consumos. Esto ocurre porque cuanto más alta es la presión con la que llega el combustible al inyector, mejor se pulverizan las gotas de combustible, mezclándose bien con el aire y quemándose completamente. Pero alta presión, significa también fuerte ruido. Contra esto último, el sistema Unijet acudió a otro dispositivo: la inyección piloto, una operación que tiene lugar en aproximadamente 200 microsegundos. Se trata de una solución que permite aumentar la

temperatura y la presión de la cámara de combustión cuando el pistón llega al Punto Muerto Superior, preparando así la cámara para la verdadera combustión. Lo que se consigue, en realidad, es una curva menos escarpada de desprendimiento de calor, junto a picos de temperatura y presión más bajos, lo que redunda en obtener la misma energía, pero suministrada en forma más paulatina, lo que reduce drásticamente el ruido de funcionamiento. En los nuevos motores turbodiesel, el "common rail" garantiza mayor eficiencia de combustión y mejores prestaciones, mientras que la inyección piloto permite disfrutar de un funcionamiento más silencioso, arranques en frío más fáciles y un nivel de emisiones más reducido.

Los Inyectores Diesel

La misión de los inyectores es la de realizar la pulverización de la pequeña cantidad de combustible y de dirigir el chorro de tal modo que el combustible sea esparcido homogéneamente por toda la cámara de combustión. Debemos distinguir entre inyector y porta-inyector y dejar en claro desde ahora que el último aloja al primero; es

decir, el inyector propiamente dicho esta fijado al portainyector y es este el que lo contiene además de los conductos y racores de llegada y retorno de combustible. Destaquemos que los inyectores son unos elementos muy solicitados, lapeados conjuntamente cuerpo y aguja (fabricados con ajustes muy precisos y hechos expresamente el uno para el otro), que trabajan a presiones muy elevadas de hasta 2000 aperturas por minuto y a unas temperaturas de entre 500 y 600 °C.

Principio de Funcionamiento El combustible suministrado por la bomba de inyección llega a la parte superior del inyector y desciende por el canal practicado en la tobera o cuerpo del inyector hasta llegar a una pequeña cámara tórica situada en la base, que cierra la aguja del inyector posicionado sobre un asiento cónico con la ayuda de un resorte, situado en la parte superior de la aguja, que mantiene el conjunto cerrado. El combustible, sometido a un presión muy similar a la del tarado del muelle, levanta la aguja y es inyectado en el interior de la cámara de combustión. Cuando la presión del combustible desciende, por haberse producido el final de la inyección en la bomba, el resorte devuelve a su posición a la aguja sobre el asiento del inyector y cesa la inyección.

Tipo de Inyectores

Existe gran variedad de inyectores, dependiendo estos del sistema de inyección y del tipo de cámara de combustión que utilice cada motor, aunque todos tienen similar principio de funcionamiento. Fundamentalmente existen dos tipos: -Inyectores de orificios, generalmente utilizados en motores de inyección directa. -Inyectores de espiga o de tetón (que pueden ser cilíndricos o cónicos) para motores de inyección indirecta. Dentro de este tipo, existe una variante, que se denomina inyectores de estrangulación, con los que se consigue una inyección inicial muy pequeña y muy pulverizada y que en su apertura total consigue efectos similares a los inyectores de tetón cónico.

AFTERCOOLER Los motores de combustión interna de gasolina y diesel, requieren de un adecuado sistema de carga de aire, compuesto de uno o más elementos mecánicos, cuya función es la de incrementar su potencia. El sistema básico consiste en un compresor de aire o turbocargador, accionado por los gases de escape del motor y un enfriador de aire o post-enfriador (aftercooler), también conocido como charge air cooler.

El turbocargador aumenta la presión y la densidad del aire entregada al motor, llevando al máximo su par de torsión o potencia de salida. El post-enfriador está localizado más abajo del turbocargador, reduce el calor producido por compresión y fricción de la carga de aire. Los post-enfriadores aumentan la densidad del aire en la cámara de combustión y reducen su temperatura.

Ambos elementos están igualados con precisión, para cumplir con los requisitos de funcionamiento y emisión del fabricante del motor. En la actualidad, este sistema de carga de aire se utiliza en carros de pasajeros y de carreras, en aplicaciones comerciales diesel, ya sean camiones y autobuses, equipo agrícola y para la construcción, e incluso en equipo militar, de aviación y aplicaciones de producción en potencia. LA TERMINOLOGÍA

Un aftercooler es un cambiador de calor colocado entre el compresor y la admisión del motor. Se utiliza el término "aftercooler" como sentimos que es más exacto; está "después" del compresor. "Intercooler" significa un cambiador de calor colocado entre dos compresores en un sistema gradual, pero se ha utilizado como sinónimo para un aftercooler desde entonces fuera pegado incorrectamente en el backend de un Volvo cerca de 1981. Los aftercooler y los intercoolers son ambos refrigeradores también llamados charge air cooler. LA HISTORIA DE POSENFRIADORES

Los aftercooler más tempranos aparecieron en RACE-CARS sobrealimentados poco después de vuelta de siglo. Tomaron la forma de aletas colocadas en el exterior de los conductos de la descarga que extendieron en la corriente del aire. Los aftercooler y los intercooler fueron utilizados con gran éxito en el avión de WWII. Ésta era la “era de oro” de sobrealimentar. Más avances fueron hechos en sobrealimentadores y en sistemas de enfriamiento de la carga en este tiempo que en cualquier otra hora desde entonces. Durante este tiempo, el centrífugo de dos fases sobrealimentado, air-to-water aftercooled de los motores de Rolls Royce MERLIN fue apareado con el P51 Mustang para producir el avión más impresionante de combate, de motor de pistón de la historia. El personal de ingeniería tiene años de experiencia con los diseños del refrigerador de carga, para muchos tipos de sobrealimentación y turbocharged usos tales como automóviles, barcos y avión. En 1992, usando un posenfriador air-to-air con un Vortech V-1 se sobrealimentó 5,0 Ford Mustang. Las configuraciones múltiples fueron intentadas, todos con resultados similares: las mejoras previstas del funcionamiento de refrescar el aire de la carga eran no observado justo debido a las pérdidas friccionales significativas en la presión de la carga. Nos sentíamos que mejorar la eficacia del sobrealimentador era más importante, y con la eficacia mejorada, un posenfriador era innecesario con los niveles más bajos del alza populares en aquella época. EL DISEÑO ACTUAL Para los propósitos del diseño del cambiador de calor, los gases del aire se clasifican como líquidos de baja densidad. El aire que pasa a través de un sobrealimentador se llama "aire de la carga". Un sobrealimentador comprime el aire de la carga antes de que entre en el motor. El acto de la compresión aumenta la energía y la densidad del aire de la carga, pero este acto también genera una cantidad proporcionada de calor. La calefacción es indeseable, pues tiende para disminuir la densidad del aire de la carga. Una forma de ocuparse de la calefacción es refrescar el aire de la carga después de que salga del sobrealimentador y antes de que entre en el motor. Sin embargo, diseñar el sistema de enfriamiento de la

carga, que es, como sabemos, un aftercooler y no un intercooler, usted debe intentar refrescar el aire sin perder la densidad creciente con "pérdidas friccionales". Las pérdidas friccionales significan la gota de presión que es causada naturalmente funcionando el aire comprimido a través del ducting y tuercen, las vueltas y las longitudes de tubos. En hecho, las pérdidas fricciónales causadas usando un mecanismo que se refresca pueden ser tan grandes que puede realmente haber una pérdida neta en densidad del aire. Por lo tanto, el diseñador debe considerar la tarifa del traspaso térmico y las pérdidas friccionales para cualquier sistema bajo consideración. Esto se llama el gasto de la fricción-energía. CONSIDERE LAS TRANSICIONES TERMALES En un automóvil sobrealimentado típico, el alza se hace en la válvula reguladora de par en par abierta ("WOT"), y esta alza produce calor. La mayoría del uso de los coches es intermitente y el motor está funcionando en vacío más tiempo. (como a menudo y cuánto tiempo puede usted conducir su coche en WOT?) Por lo tanto la mayoría del tiempo, un sobrealimentador está generando poco calor. En este modo de operación típico, con un sistema air-to-water hay continuamente agua refrescada almacenada en el depósito puesto que no hay virtualmente calefacción del aire de la carga. Cuando el motor se utiliza bajo condiciones del alza, el aire calentado de la carga comenzará a intercambiar calor en el agua. Ese calor en el agua entonces se intercambia del agua al aire en el "radiador". Dependiendo de la capacidad del sistema y del depósito, del nivel del alza y de la duración de la aceleración, allí puede haber un impacto muy pequeño del alza en la temperatura total del sistema. El uso continuo en WOT sobre un rato extendido tendría que ocurrir para el sistema "que se estabilice", que significa que el agua del depósito y del radiador es tan caliente como el aire de la carga. Entonces, el sistema sería dependiente solamente en la eficacia del radiador del cambiador de calor que quita el calor. Estas condiciones ocurren raramente. En el local la prueba demuestra que el sistema air-to-water del ® Vortech que funciona en una presión continua del alza de 8 p.s.i.g. requeriría aproximadamente 18 a 20 minutos para estabilizarse. Incluso estabilizado, el sistema air-to-water del posenfriador puede entregar el funcionamiento total superior debido a la reducción al mínimo de lo intrínseco de la pérdida del alza con el mejoramiento del diseño. Este sistema se piensa para emplear transiciones termales como parte de los criterios del diseño y entrega significativa con pérdidas fricciónales mínimas. Se recomienda el uso de un segundo o un cambiador de calor más grande del "radiador" para el rubro que compite en carreras de superiores velocidades. Para los sistemas de la calle, estas ventajas permiten que nuestros diseñadores coloquen el aftercooler más compacto en una posición óptima en la zona del producto con virtualmente ningún ducting adicional. Para los usos de competición se ha estado utilizando esta tecnología con éxito sin precedente.

Conclusión

La primera vez que vi en un 4x4 escrito TURBO INTERCOOLER, creo que fue el verano pasado (en un Hyunday), me llamó la atención demasiado y la curiosidad por saber un poco sobre esto me llevó a preguntar, la respuesta explicita que recibí fue “es el refrigerador de los gases que introduce el turbo en el motor” quedé bastante satisfecho con la respuesta y nunca pensé que estas simples palabras me ayudarían mas adelante a resolver una confusión tremenda. Hace ya unos meses tuve que empezar este trabajo y al principio debo admitir que la confusión era cada día mayor ya que a los lugares que íbamos a consultar y pedir información más técnica, no hacían más que confundirme mas y darme unas fotocopias de información de turbo ya que la información de los post-enfriadores es bastante escasa, así que llegué a la conclusión que en internet está todo lo que uno busca y sin lugar a duda mejor redactado, aunque todavía creo que de todas maneras el ir a un concesionario ayuda bastante a desenvolverse en el medio que en pocos meses será nuestro trabajo. Después de un tiempo recordé esas palabras que describían al post-enfriador y pude resolver que este sistema no es mas que un pequeño radiador que enfría el aire que envía el turbocompresor al motor y sus nombres son la diferenciación de su ubicación, pero cumplen con el mismo objetivo. Sandro Martínez Oyarce.