Articulo Técnico, hoy: Qué tractor elegir? (Parte II)

3. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS.

3.1. Motores.


3.1.1. Ciclos.

Todos los tractores están equipados con motores de combustión interna. Estos constituyen la fuente de energía para el funcionamiento de todos los sistemas que componen la unidad.

Según su ciclo los motores se pueden clasificar en:
– Ciclo Otto: Encendido por chispa – Utiliza como combustible nafta.
– Ciclo Diesel: Inflamación por temperatura debido a la compresión del aire – Utiliza como combustible gas-oil.
– Motores Diesel:

Estos motores se pueden clasificar según su velocidad de rotación en:
– Diesel ligero: Superior a 1500 vueltas/min.
– Diesel medio: entre 600 y 1500 vueltas/min.
– Diesel lento: inferior a 600 vueltas/min.

Cabe destacar que la relación peso/potencia es mayor en los motores Diesel. Esta relación es consecuencia directa de la elevada carga que resisten las piezas durante el ciclo de trabajo. En esta fase la presión adopta valores que duplican a los que soportan las piezas de un motor de accionamiento por chispa. Por lo tanto la robustez y peso de los órganos aumenta proporcionalmente a la resistencia a que están solicitados.

En las unidades agrícolas se ha generalizado el uso de motores Diesel, entre otras razones porque:
– El consumo específico es menor que el de un motor accionado por chispa.
– El precio de gas-oil es menor que el de las naftas.
– El aprovechamiento térmico es más favorable que en los motores de ciclo Otto. 
Figura 14. Balance térmico en los motores Otto y Diesel.


3.1.2. Sistema de admisión.

3.1.2.1. Aspiración del aire: tres alternativas.

Existen tres sistemas de aspiración de aire del motor:
– Aspiración normal: En un motor de aspiración normal el ingreso del aire a los cilindros se produce por la diferencia de presión entre la presión atmosférica y la depresión originada por el pistón en su carrera de admisión. El rendimiento volumétrico y por lo tanto la potencia que podrá desarrollar depende en alguna medida de la presión atmosférica y la temperatura ambiente, que afectan la densidad del aire. 
Figura 15. Aspiración normal.

– Sobrealimentación: En el sistema por sobrealimentación, un turbo compresor fuerza y hace ingresar al cilindro un peso mayor de aire del que el motor es capaz de aspirar normalmente. De esta manera aumenta la cantidad de comburente (oxígeno) que puede entrar en combustión y se incrementa la potencia del motor en un 20% aproximadamente.
Figura 16. Esquema de operación de un turbo compresor.

– Sobrealimentación con intercambiador de calor: La compresión del aire, por acción del sobrealimentador, eleva su temperatura disminuyendo su densidad, por lo que la masa de aire es menor para el volumen aspirado. Este efecto se puede compensar con la incorporación, depués del sobrealimentador, de un intercambiador de calor. Esto mejora la potencia desarrollada por el motor.
Figura 17. Esquema intercambiador de calor.

Figura 18. El cuadro muestra el incremento aproximado de potencia de un motor según la versión del sistema de aspiración.

3.1.2.2. Filtros: Dos posibilidades.

El aire aspirado por el motor debe estar desprovisto de las partículas de polvo, que en suspensión contiene el medio ambiente. Esto permite conservar la vida útil de piezas como el pistón, camisa, guía de válvulas, etc.

Para cumplir esta misión todo sistema de aspiración de aire comienza con filtros, los que pueden ser:
– Filtros de aire en baño de aceite: El aire ingresa por el tubo de aspiración a una velocidad que puede ser aumentada por la presencia de un estrechamiento en forma de tubo de venturi. Las partículas de polvo más pesadas se proyectan contra el aceite que contiene la taza del filtro, quedando atrapadas. Luego la velocidad disminuye y el tiempo de filtrado aumenta con lo que las partículas más pequeñas quedan retenidas en el material filtrante. Este consiste fundamentalmente en una esponja metálica embebida en aceite y ubicada en la cámara principal del filtro.
Figura 19. Filtro de aire en baño de aceite.

[ampliar imagen]1. Cuerpo de filtro de aceite. 2. Elemento filtrante fijo. 3. Conducto de aire. 4. Cartucho filtrante. 5. Junta elástica de sujeción del cartucho filtrante (4). 6. Cubeta. 7. Junta tórica de cierre. 8. Válvula de descarga del polvo. 9. Prefiltro centrífugo.

– Filtro seco: El aire que ingresa es sometido a un movimiento circular, realizando una limpieza por efecto centrífugo. Posteriormente es obligado a atravesar las paredes del cartucho de material celulósico, donde son retenidas las partículas más pequeñas. El filtro se completa con un cartucho adicional de seguridad. Este tipo de filtro es más eficiente y de más fácil mantenimiento que el de baño de aceite.
Figura 20. Filtro seco.

– Sistemas de enfriamiento: La combustión de un motor produce temperaturas que osculan entre 1700ºC y 2400ºC. Una parte del calor se transforma en energía mecánica y el remanente se pierde a través de los gases de escape e irradiación. Para que la temperatura general del motor logre valores donde no peligre la existencia de sus piezas, es necesario su enfriamiento.
Figura 21. Esquema de aprovisionamiento y disipación del calor.

3.1.2.3. Distintos sistemas.

Los sistemas de enfriamiento más difundidos son:

– Enfriamiento por agua: El sistema generalizado de enfriamiento por agua es el de circulación forzada. El agua circula por galerías internas del block con un caudal generado por una bomba. El radiador se encarga de disipar el calor transportado por el agua que recircula constantemente.
Figura 22. Esquema del sistema de enfriamiento por agua.

– Enfriamiento por aire: En este sistema de enfriamiento, el aire quita el calor directamente de las paredes del cilindro y la tapa de cilindro. El coeficiente de transmisión del calor entre las paredes metálicas y el aire es menor que el de las paredes y el agua. Por esta razón el sistema de enfriamiento por aire adopta una superficie de transmisión superior colocando aletas sobre las paredes externas del cilindro y la tapa. También el coeficiente aumenta con la velocidad de la corriente del aire. Para diseñar aletas de dimensiones aceptables, se incorpora al motor una turbina que fuerza la ventilación. 
Figura 23. Esquema de circulación de aire en el sistema de enfriamiento.

3.1.3. Sistema de inyección de combustible.

En la carrera de admisión el motor únicamente aire. Durante la carrera de compresión, el aire aspirado se calienta tanto que el combustible inyectado, al fin de dicha carrera inflama espontáneamente.

El combustible es dosificado por la bomba de inyección e inyectado a alta presión en la cámara de combustión por intermedio del inyector.
Figura 24. Esquema del circuito de alimentación.

El sistema de inyección de combustible se completa con una bomba de alimentación de baja presión que envía el combustible desde el depósito a los filtros y luego a la bomba inyectora. Para obtener una combustión regular y eficiente la inyección debe cumplir con los siguientes requisitos:

– Proveer una cantidad exactamente dosificada en función de la carga del motor.
– Introducir el combustible en el momento preciso y en un período de tiempo determinado.
– Conferir al chorro pulverizado una energía cinética suficiente para penetrar en la masa de aire comprimido.
– Pulverizar el combustible de la forma más uniforme.
– Pulverizar el combustible de la forma más uniforme posible.

Estas condiciones son aseguradas por la bomba inyectora por el regulador y por los inyectores

3.1.3.1. Tipos de bomba.

La bomba puede ser lineal o rotativa. La tendencia general indica que los diseñadores se inclinan por bombas rotativas para motores hasta 100-120 CV y por bombas lineales por sobre otras potencias. Sin embargo existen fabricantes que utilizan bombas lineales para toda la gama de potencia.

– Bomba lineal: La bomba inyectora lineal encierra una sucesión de émbolos igual a la cantidad de cilindros que posee el motor. La cantidad de combustible que se inyecta por carrera del émbolo es aproximadamente proporcional a la carga del motor. El suministro de combustible es regulado por un movimiento circular del émbolo que al exponer de diferente manera una rampa helicoidal modifica la longitud de carrera de compresión. El movimiento alternativo del émbolo es comandado por un árbol de levas que gira a la mitad de la velocidad del motor.
Figura 25. Bomba de inyección lineal.

Figura 26. Sistema de regulación del suministro de combustible.

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– Bomba rotativa: El sistema de inyección con bomba rotativa consta de una sola unidad con cabezal que alimenta a todos los cilindros. Esta bomba posee pistones accionados por levas que distribuyen el combustible a los inyectores por medio de un rotor de distribución. Este tipo de bomba es de funcionamiento más silencioso que las de tipo lineal.
Figura 27. Corte de una bomba inyectora rotativa.

1. Eje de accionamiento. 2. Rotor de distribución. 3. Paleta de la bomba. 4. Válvula dosificadora. 5. Regulador centrífugo.

– Regulador: La función principal de un regulador es limitar la velocidad máxima, para evitar que el motor sobrepase la máxima velocidad admisible. En el caso del tractor, también puede mantener constnate velocidades intermedias. Los reguladores pueden ser neumáticos o mecánicos. Un regulador neumático trabaja en función de la presión en el múltiple de admisión. Un regulador mecánico lo hace en función de la velocidad de rotación. Este último es el más adoptado. 

3.1.3.2. Tipos de inyección.

– Inyección directa: La inyección del combustible se realiza directamente sobre la cabeza del pistón. Este puede tener una cavidad tallada de forma esférica o toroidal para crear un torbellino que facilite la combustión. Este sistema consigue ser levemente más económico en el consumo de combustible que el de inyección directa.
Figura 28. Cámara de combustión para un motor de inyección directa.

– Inyección Indirecta: Existen variadas modalidades de inyección, cuya característica común es que el combustible se inyecte en una precámara. Este tipo de inyección origina una presión máxima sobre el pistón de magnitud menor a la que produce la inyección directa. Esto hace que los elementos del motor sean menos exigidos y el funcionamiento más silencioso. 

Fuente: FAO

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