El motor no arranca.
El motor falla.
El motor se apaga a bajas vueltas.
Baja potencia del motor.
Vibración en el motor.
Ruido de golpeteo en los balancines.
Aceite en el refrigerante.
Golpeteo mecánico.
Consumo excesivo de combustible.
Ruido en balancines.
Desgaste excesivo del motor.
Refrigerante en el aceite.
Exceso de humo negro o gris en el escape.
Exceso de humo azul o blanco en el escape.
Baja presión de aceite en el motor.
Consumo elevado de aceite.
Temperatura anormal del refrigerante.
El motor no arranca.
Causas posibles.
Solución.
No llega combustible al motor.
Compruebe el tanque de combustible, tubos de combustible hasta la bomba de transferencia, tubos de bomba de inyección, filtros de combustible, decantadores de agua. (Conecte un recipiente con combustible directamente a la entrada de la bomba de inyección para comprobar, si el motor arranca, siga colectándolo en las tuberías hacia el tanque de combustible hasta encontrar el punto donde esta el problema)
Bomba de trasferencia averiada.
La bomba de transferencia de combustible debe dar una presión cuando el motor arranca entre 0,7 y 1,4 Kg/cm2. A carga plena dará aprox. 1,76 Kg/cm2 y en velocidad alta en vacío unos 2,11 Kg/cm2. Compruebe la presión, si esta es baja cambie la bomba de transferencia.
Motor desincronizado.
Piñón de arrastre de bomba de inyección flojo. Motor fuera de punto. Poner a punto el motor.
Bomba de inyección averiada.
Compruebe todo lo anterior y verifique que llega combustible a los inyectores. Si todo esta correcto repare la bomba de inyección y cambie los inyectores. (Volver al inicio).
El motor falla.
Causas posibles.
Solución.
Ver "el motor no arranca"
Compruebe todos los puntos del capítulo cuando "el motor no arranca".
Fallo en inyectores
Acelere el motor hasta el punto donde se aprecia mejor el fallo. Afloje los inyectores, uno cada vez, comprobara que el motor falla más, hasta que encuentre uno de ellos que al aflojarlo no se aprecie cambio en el fallo. Sustituya el inyector averiado.
Fallo en reglaje de válvulas.
Compruebe y ajuste de nuevo el reglaje de válvulas.
Cable acelerador averiado.
Cambie el cable del acelerador. (Volver al inicio).
El motor se apaga en bajas vueltas.
Causas posibles.
Solución.
Ver "el motor no arranca"
Compruebe todos los puntos del capítulo cuando "el motor no arranca".
Ver "el motor falla"
Compruebe todos los puntos del capítulo cuando "el motor falla".
Ralentí demasiado bajo
Ajuste la velocidad baja en vacío del regulador. (Volver al inicio).
Baja potencia del motor.
Causas posibles.
Solución.
Ver "el motor no arranca"
Compruebe todos los puntos del capítulo cuando "el motor no arranca".
Ver "el motor falla"
Compruebe todos los puntos del capítulo cuando "el motor falla".
Combustible de mala calidad
Limpie el circuito, cambie los filtros y ponga combustible de calidad.
Turbo con carbonilla u obstruido.
Compruebe limpie y repare el turbo.
Admisión de aire mal.
Compruebe la admisión, cambie los filtros de aire. Compruebe la presión en el múltiple de admisión si el motor es turboalimentado.
Acelerador mal calibrado
Compruebe las vueltas del motor en todo el recorrido del acelerador. (Volver al inicio).
Vibración en el motor.
Causas posibles.
Solución.
Ver "el motor falla"
Compruebe todos los puntos del capítulo cuando "el motor falla".
Tacos de goma del motor rotos
Cambie los tacos del motor.
Dámper del motor flojo
Apriete el Dámper.
Ventilador roto.
Cambie el ventilador.
Ejes de sincronización del motor mal ajustados.
Ajuste de nuevo los ejes. (Volver al inicio).
Ruido de golpeteo en balancines.
Causas posibles.
Solución.
Exceso de holgura en válvulas.
Ajuste de nuevo las válvulas a las especificaciones del fabricante.
Muelles de válvula rotos
Cambie los muelles rotos.
Falta de aceite en balancines.
Compruebe que llega aceite suficiente a los balancines. Con el motor acelerado el conjunto de balancines debe estar bastante salpicado de aceite. (Volver al inicio).
Aceite en el refrigerante.
Causas posibles.
Solución.
Fallo en junta de culata.
Cambie la junta de culata.
Enfriador roto.
Compruebe los enfriadores y repárelos o cámbielos si es necesario. (Volver al inicio).
Golpeteo mecánico.
Causas posibles.
Solución.
Fallo en cojinete de biela.
Saque la tapa del cárter, inspeccione el cigüeñal y las bielas, repare o cambie lo que sea necesario.
Piñones de la distribución rotos.
Saque la tapa de la distribución y revise la cascada de piñones, sustituya los que estén en malas condiciones.
Cigüeñal roto.
Compruebe y cambie el cigüeñal.
Fallo en el pistón o la biela del compresor de aire.
Desmonte, compruebe y repare o sustituya el compresor de aire. (Volver al inicio).
Consumo excesivo de combustible.
Causas posibles.
Solución.
Paso de combustible al cárter.
Compruebe el nivel de aceite del cárter, vacíe el aceite y compruebe el olor del mismo. Si tiene combustible compruebe la bomba de transferencia y la de inyeccion.
Ver "el motor falla"
Compruebe todos los puntos del capítulo cuando "el motor falla".
Ver "baja potencia del motor"
Compruebe todos los puntos del capítulo "baja potencia del motor". (Volver al inicio).
Ruido en balancines.
Causas posibles.
Solución.
Eje de levas roto.
Compruebe y cambie el eje de levas.
Balancines gastados o rotos.
Cambie los balancines, compruebe válvulas, rotadores y demás componentes del sistema de balancines. Si hay elementos rotos saque el cárter y compruebe si existen restos en el mismo. (Volver al inicio).
Desgaste excesivo del motor.
Causas posibles.
Solución.
Fallo en admisión.
Compruebe el sistema de admisión y especialmente si existe una entrada de aire sin filtrar. (Si el conducto después de los filtros tiene polvo es que entra aire sin pasar por los filtros).
Combustible en el aceite.
Vea el capítulo de "Consumo excesivo de combustible"
Aceite sucio o inadecuado.
Cambie el aceite, cambie los filtros, asegúrese de que el aceite que esta usando cumple las especificaciones del fabricante del motor.
Periodos de mantenimiento inadecuados.
Compruebe las especificaciones del fabricante del motor y ajuste los periodos de mantenimiento a los indicados en la guía. (Volver al inicio).
Refrigerante en el aceite.
Causas posibles.
Solución.
Enfriadores averiados.
Compruebe, repare o cambie los enfriadores.
Junta de culata rota o quemada.
Cambie la junta de culata.
Culata rajada.
Cambie la culata, etc.
Bloque agrietado.
Repare o cambie el bloque. (Volver al inicio).
Exceso de humo negro o gris en el escape.
Causas posibles.
Solución.
Falta de aire en el motor.
Revisar la admisión, filtros y turbo.
Inyectores mal.
Cambie los inyectores.
Bomba de inyección mal.
Repare la bomba de inyección. (Volver al inicio).
Exceso de humo azul o blanco en el escape.
Causas posibles.
Solución.
Guías de válvula desgastadas.
Cambie las guías de válvula.
Segmentos gastados.
Cambie los segmentos.
Nivel de aceite demasiado alto.
Revise el nivel de aceite.
Ver "el motor falla"
Compruebe todos los puntos del capítulo cuando "el motor falla". (Volver al inicio).
Baja presión de aceite de motor.
Causas posibles.
Solución.
Combustible en el aceite.
Vea el capítulo de "Consumo excesivo de combustible".
Cojinetes de bancada gastados.
Compruebe el cigüeñal, casquillos de bancada, verifique el filtro de aceite y la bomba.
Cojinetes del árbol de levas flojos.
Cambie los cojinetes del árbol de levas.
Cojinetes de distribución flojos.
Cambie los cojinetes de la distribución.
Bomba de aceite averiada.
Repare la bomba de aceite.
Filtro obstruido.
Revise el filtro de aceite.
Enfriadores taponados.
Revise los enfriadores de aceite. (Volver al inicio).
Consumo elevado de aceite.
Causas posibles.
Solución.
Fugas.
Corrija las fugas de aceite.
Holgura en guías de válvula.
Cambie las guías de válvula.
Nivel de aceite muy alto.
Revise el nivel de aceite.
Aceite demasiado caliente.
Revise la válvula limitadora de la bomba de aaceite. Revise el enfriador de aceite del motor.
Camisas, segmentos gastados o rotos.
Reacondicione el motor.
Turbo pasa aceite.
Revise el múltiple de admisión si hay aceite en el mismo repare el turbo.
Segmentos del compresor de aire gastados.
Revise y repare el compresor de aire. (Volver al inicio).
Temperatura anormal del refrigerante.
Causas posibles.
Solución.
Gases en el radiador.
Fallo del termostato.
Bajo nivel de refrigerante
Bomba de agua mal.
Vea las páginas de "Refrigeración de motores" (Volver al inicio).
viernes, 26 de febrero de 2010
DAÑO EN LOS PISTONES
Fuerza de Torsión
El torque o par es el nombre que se da a las fuerzas de torsión. Para que la torsión exista se requieren 2 fuerzas (par), que se ejercen en sentido opuesto. Ver la figura.El valor del par depende del radio de acción de la fuerza (brazo). La mayor o menor torsión que genera una fuerza depende de la distancia al punto de pivote. A mayor brazo mayor par.
Par de Torsión
El par o torque es un número que expresa el valor de la fuerza de torsión. Se expresa en kilos x metros. Es decir, si ejercemos una fuerza de 1 kilo con un brazo de 1 metro el torque o par será de 1 kilo x metro (1 kilográmetro).En un motor de pistones la capacidad de ejercer fuerza de torsión es limitada. Depende de la fuerza de expansión máxima que logran los gases en el cilindro. El torque máximo se consigue cuando el rendimiento volumétrico es máximo y por lo tanto se dispone de mayor temperatura para expandir los gases.El par motor también depende del largo del brazo del cigüeñal.
Los motores de mayor tamaño están equipados con cigüeñal de brazo más largo. Esto les da la posibilidad de ejercer igual par de torsión con menos fuerza de expansión de los gases.
MOTORES DIESEL
Potencia y par motor.
La potencia que puede proporcionar un motor depende del número de revoluciones que éste lleve y a cada velocidad de giro le corresponde una potencia determinada; esta potencia aumenta a medida que crecen las revoluciones por minuto, y la máxima potencia la alcanzará el motor al máximo número de revoluciones para las que está proyectado.
POTENCIA podemos definirla como la cantidad de trabajo que puede efectuar una máquina; pero l que realmente vence la resistencia que impone la carga al giro del cigüeñal, y por lo tanto de la transmisión y las ruedas o cadenas, es el par motor. Par motor podemos definirlo, pues, como la capacidad que tiene una máquina para realizar un trabajo.
PAR es el resultado de multiplicar una fuerza aplicada por la distancia de aplicación de esa fuerza al punto de apoyo o de giro de la palanca a la que estamos aplicando la fuerza.
Para entender el concepto físico de momento y momento de un par de fuerzas vamos a considerar el primero de los ejemplos. Imaginemos que estamos apretando un tornillo con dos tipos de llaves fijas. Para hacerlo girar, con la llave 1, necesitamos realizar una fuerza F aplicada a una distancia D del centro del tornillo O. El momento M que aplicamos viene dado por: el producto de la fuerza por la distancia entre dicha fuerza y el punto O, a condición que las direcciones de ambas sean perpendiculares entre sí. Esta magnitud viene expresada en N-m ( Newton –metro), 1N = 0,1 Kilogramo fuerza.
Al girar el volante, debido a los movimientos alternativos de los pistones, se origina en la periferia del volante una fuerz
a centrifuga, esa fuerza origina en el punto de apoyo del volante un PAR que es el resultado de multiplicar la fuerza centrifuga por el radio del volante. Este PAR que es el que vence la resistencia de giro del cigüeñal y en definitiva la resistencia al giro de las ruedas o cadenas.
M = FxD (N-m)
A medida que vamos apretando el tornillo nos va costando más esfuerzo, ello es debido a que el propio tornillo cada vez ofrece mayor resistencia a ser movido. Está claro que, cuando apretamos siempre procuramos hacerlo desde la posición más ventajosa, o sea, buscamos hacer la menor fuerza, por lo que instintivamente la aplicamos en el extremo de la llave, a nadie se le ocurre hacerlo próximo a la cabeza de la misma. Incluso, a veces, nos valemos de un prolongador que colocamos en la llave para apretar aun más. El mismo efecto conseguimos si utilizamos la llave 2, la diferencia con la anterior es que el centro del tornillo O se encuentra a la mitad del mango de la llave, o en este caso estamos aplicando un momento de dos fuerzas F iguales y opuestas que se conoce con el nombre de par . En ambos casos cuando la distancia D es 1 metro el valor numérico de la fuerza coincide con el del par.El segundo de los aspectos que hay que tener en cuenta es cuando el par de fuerzas se encuentra en movimiento, se le llama par motor. En este caso el par realiza un trabajo mecánico W expresado en Julios (J), es decir, consume una energía. Cuando las fuerzas recorren la longitud equivalente a dos vueltas dicho trabajo es:
W = Mx4x3,1416 (J)
Siendo M el valor del par motor (N-m)
Hemos considerado dos vueltas ya que en un motor de cuatro tiempos por cada dos vueltas se realiza la aportación de combustible de donde se obtiene la energía mecánica procedente de su combustión.En definitiva, el par motor es directamente proporcional al trabajo mecánico realizado por el motor en un ciclo de funcionamiento, es decir, considerando las fases de Admisión, Compresión, Trabajo y Escape. La potencia (P) del motor es el trabajo divido por el tiempo en que se realiza el ciclo. Si un motor de cuatro tiempos gira a n r/min, efectúa n/2 ciclos en 1 minuto ( 60 segundos). Por lo tanto un ciclo operativo del motor se realiza en 2*60/n (segundos), la potencia del motor vale:
P = Mx2x3,1416xn / 60x1000 (kw)
Veamos un ejemplo. Un motor desarrolla el par máximo de 500 N-m a 1600 r/min. Esto equivale a decir que el motor es capaz de apretar el tornillo con la llave 2 aplicando un par de 500 N, aproximadamente de 50 kilogramos de fuerza cada una, cuando ambas se encuentran separadas una distancia de 1m. El trabajo por cada ciclo operativo del motor, dos vueltas, sería 500x4x, es decir 6283 J, aproximadamente equivalente a una energía de 1500 Kilocalorías.La potencia desarrollada es:
P = 500x2x3,1416x1.600 / 60x1000 = 83,78 (kw) = 113,83 (CV)
Vamos a ver ahora la relación que existe entre la potencia del motor, su número de revoluciones y el par motor que origina.
El trabajo desarrollado por la fuerza centrifuga del cigüeñal en una vuelta del volante será FX2 π r, (siendo π= 3,1416 y r el radio de giro; por lo tanto 2 π r, que es la longitud de la circunferencia, será el camino recorrido por la fuerza F en una vuelta del volante). Multiplicando el trabajo por el número de revoluciones por segundo n/60 (siendo n el número de revoluciones por minuto del volante) tendremos la potencia en KgXm/seg.
Para convertir esa potencia a caballos y sabiendo que 1 C.V.es 75 X(KgXm/seg.), tendremos que dividir por 75 para obtener la potencia en caballos.
· Cuando las fuerzas F pasan de la posición 1 a 2, girando un ángulo , realizan un trabajo W.
· El trabajo W es el valor de cada F por la distancia del arco de circunferencia 1-2.
· Por cada vuelta el trabajo de las dos fuerzas se realiza sobre la longitud de la circunferencia: W = 2xFxDx2x3,1416xR (J)Siendo 2x3,1416xR la longitud de la circunferencia
· Como 2*R = D y F*D = M (Par motor) el trabajo por cada vuelta es:W = Mx2x3,1416 (J)
· El ciclo de un motor de 4 tiempos se realiza en dos vueltas, por lo tanto el trabajo mecánico vale:W = Mx4x3,1416 (J)
· La potencia mecánica es:P = Mx2x3,1416xn / 60x1000 (kw)
Todo par se ejerce para vencer una resistencia. Las fuerzas que aplicamos en la llave 2 son consecuencia de la mayor o menor resistencia que opone el tornillo. Esta resistencia se traduce en un par resistente que debe ser igual o menor al de accionamiento, si queremos mover el tornillo.Cuando decidimos hacer un taladro en la pared con unas taladradora de mano la fuerza que tenemos que hacer para sujetarla depende de la resistencia de la pared y del tamaño de la broca. La perforación se hace tanto más difícil cuanto más resistente es la primera y mayor es el diámetro de la segunda. Es decir, la pared ofrece un par resistente que debe ser igual, al menos, que el par motor que ejerce la broca. ¿ Cómo nos damos cuenta de éste último?, precisamente por la fuerza y el lugar de sujeción de la máquina, o lo que es lo mismo, por el par de sujeción que es igual al par motor. Si soltáramos la taladradora, la broca se quedaría fija y la máquina giraría alrededor de ella, cosa que ocurre cuando nos encontramos con una resistencia tan grande que nos arrastra la mano. Este ejemplo nos servirá para comprender el funcionamiento de un freno dinamométrico en el que se determina la curva de par motor.
El par motor y el consumo de combustible
Ya dijimos anteriormente que un par en movimiento produce un trabajo mecánico. En el caso de la taladradora la energía que acciona la broca es eléctrica, dependiendo de la intensidad de la corriente y del voltaje. En el caso del motor de combustión interna depende del combustible aportado y de su poder calorífico. Para el ciclo de un motor de 4 tiempos la aportación de combustible se lleva a cabo una vez por cada dos vueltas. Dicho combustible libera su energía calorífica en la que solamente una fracción de la misma se transforma en energía mecánica. El resto son pérdidas de calor, fricción y accionamiento de órganos accesorios. En un ciclo de funcionamiento el trabajo mecánico es:
W = Mx4x3,1416 = mcxHixne (J)
Donde: mc es la masa de combustible aportada en cada ciclo, Hi el poder calorífico ( 42000 J/gr) para el gasoil, y ne el rendimiento del motor que, en el mejor de los casos, se sitúa en el 40% (0,4). Por lo tanto, el par motor depende directamente del consumo de combustible.
En el ejemplo anterior podemos saber cuanto combustible fue aportado en cada ciclo.Si el trabajo mecánico es 6283 J, teniendo en cuenta el poder calorífico, y rendimiento antes citado:
mc = 6283 / 42000x0,4 = 0,374 (gr / Ciclo)
Quiere ello decir que con 0,374 gramos de combustible obtenemos un par motor de 500 N-m equivalente a un par de fuerzas de 500 N aplicadas a 1 metro de distancia entre si, generando un trabajo mecánico por ciclo de funcionamiento del motor de 6283 J.
Potencia
En Física, potencia es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. Esto es equivalente a la velocidad de cambio de energía en un sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, según queda definido por:
Donde
P es la potencia.
W es la energía total o trabajo.
t es el tiempo.
Potencia mecánica es el trabajo realizado por una máquina o una persona en un determinado intervalo de tiempo.
Potencia mecánica
La potencia mecánica es la potencia transmitida mediante la acción de fuerzas físicas de contacto o elementos mecánicos asociados como palancas, engranajes, etc. El caso más simple es el de una partícula libre sobre la que actúa una fuerza variable. De acuerdo con la dinámica clásica esta potencia viene dada por la variación de su energía cinética o trabajo realizado por unidad de tiempo:
Donde:
, son la energía cinética y la masa del partícula, respectivamente
son la fuerza resultante que actúa sobre la partícula y la velocidad de la partícula, respectivamente.
En sistemas mecánicos más complejos con elementos rotativos sobre un eje constante y donde el momento de inercia permanece constante, la potencia mecánica puede relacionarse con el par motor, la velocidad angular siendo la potencia la variación de la energía cinética de rotación por unidad de tiempo:
Donde:
, es el momento de inercia según eje de giro.
, es la velocidad angular del eje.
, es el par motor aplicado sobre dicho eje.
Si el movimiento rotativo puede darse según un eje variable o el momento de inercia es variable la expresión correcta es:
Donde:
, son respectivamente la aceleración angular y el momento angular total del sistema.
Esta última ecuación es análoga a la variación de potencia que se deriva de la ecuación del cohete donde al irse quemando combustible la masa no permanece constante
Potencia eléctrica
Artículo principal: Potencia eléctrica
La potencia eléctrica P desarrollada en un cierto instante por un dispositivo viene dada por la expresión
Donde:
P(t) es la potencia instantenea, medida en watios (julios/segundos).
V(t) es la diferencia de potencial (caida de voltaje) a traves del componente, medida en voltios.
I(t) es la corriente que circula por el, medida e amperios.
Si el componente es una resitencia, tenemos:
Donde:
R es la resitencia, medida en ohmios.
Potencia sonora
La potencia del sonido se puede considerar en función de la intensidad y la superficie:
Ps es la potencia realizada.
Is es la intensidad sonora.
dS es el elemento de superficie, sobre la que impacta la onda sonora.
Unidades de potencia
Artículo principal: Unidades de potencia
Sistema métrico (SI), la más frecuente es el vatio (W) y sus múltiplos: 1000 W = 1 kW (kilovatio); 1 000 000 W = 1 MW (megavatio), aunque también pueden usarse combinaciones equivalentes como el voltiamperio.
Sistema inglés, caballo de vapor o caballo de fuerza métrico (CV), cuya equivalencia es 1 kW = 1,359 CV
Sistema técnico de unidades, caloría internacional por segundo (cal IT/s).
Sistema cegesimal: ergio por segundo (erg/s)
El torque o par es el nombre que se da a las fuerzas de torsión. Para que la torsión exista se requieren 2 fuerzas (par), que se ejercen en sentido opuesto. Ver la figura.El valor del par depende del radio de acción de la fuerza (brazo). La mayor o menor torsión que genera una fuerza depende de la distancia al punto de pivote. A mayor brazo mayor par.
Par de Torsión
El par o torque es un número que expresa el valor de la fuerza de torsión. Se expresa en kilos x metros. Es decir, si ejercemos una fuerza de 1 kilo con un brazo de 1 metro el torque o par será de 1 kilo x metro (1 kilográmetro).En un motor de pistones la capacidad de ejercer fuerza de torsión es limitada. Depende de la fuerza de expansión máxima que logran los gases en el cilindro. El torque máximo se consigue cuando el rendimiento volumétrico es máximo y por lo tanto se dispone de mayor temperatura para expandir los gases.El par motor también depende del largo del brazo del cigüeñal.
Los motores de mayor tamaño están equipados con cigüeñal de brazo más largo. Esto les da la posibilidad de ejercer igual par de torsión con menos fuerza de expansión de los gases.
MOTORES DIESEL
Potencia y par motor.
La potencia que puede proporcionar un motor depende del número de revoluciones que éste lleve y a cada velocidad de giro le corresponde una potencia determinada; esta potencia aumenta a medida que crecen las revoluciones por minuto, y la máxima potencia la alcanzará el motor al máximo número de revoluciones para las que está proyectado.
POTENCIA podemos definirla como la cantidad de trabajo que puede efectuar una máquina; pero l que realmente vence la resistencia que impone la carga al giro del cigüeñal, y por lo tanto de la transmisión y las ruedas o cadenas, es el par motor. Par motor podemos definirlo, pues, como la capacidad que tiene una máquina para realizar un trabajo.
PAR es el resultado de multiplicar una fuerza aplicada por la distancia de aplicación de esa fuerza al punto de apoyo o de giro de la palanca a la que estamos aplicando la fuerza.
Para entender el concepto físico de momento y momento de un par de fuerzas vamos a considerar el primero de los ejemplos. Imaginemos que estamos apretando un tornillo con dos tipos de llaves fijas. Para hacerlo girar, con la llave 1, necesitamos realizar una fuerza F aplicada a una distancia D del centro del tornillo O. El momento M que aplicamos viene dado por: el producto de la fuerza por la distancia entre dicha fuerza y el punto O, a condición que las direcciones de ambas sean perpendiculares entre sí. Esta magnitud viene expresada en N-m ( Newton –metro), 1N = 0,1 Kilogramo fuerza.
Al girar el volante, debido a los movimientos alternativos de los pistones, se origina en la periferia del volante una fuerz
a centrifuga, esa fuerza origina en el punto de apoyo del volante un PAR que es el resultado de multiplicar la fuerza centrifuga por el radio del volante. Este PAR que es el que vence la resistencia de giro del cigüeñal y en definitiva la resistencia al giro de las ruedas o cadenas.M = FxD (N-m)
A medida que vamos apretando el tornillo nos va costando más esfuerzo, ello es debido a que el propio tornillo cada vez ofrece mayor resistencia a ser movido. Está claro que, cuando apretamos siempre procuramos hacerlo desde la posición más ventajosa, o sea, buscamos hacer la menor fuerza, por lo que instintivamente la aplicamos en el extremo de la llave, a nadie se le ocurre hacerlo próximo a la cabeza de la misma. Incluso, a veces, nos valemos de un prolongador que colocamos en la llave para apretar aun más. El mismo efecto conseguimos si utilizamos la llave 2, la diferencia con la anterior es que el centro del tornillo O se encuentra a la mitad del mango de la llave, o en este caso estamos aplicando un momento de dos fuerzas F iguales y opuestas que se conoce con el nombre de par . En ambos casos cuando la distancia D es 1 metro el valor numérico de la fuerza coincide con el del par.El segundo de los aspectos que hay que tener en cuenta es cuando el par de fuerzas se encuentra en movimiento, se le llama par motor. En este caso el par realiza un trabajo mecánico W expresado en Julios (J), es decir, consume una energía. Cuando las fuerzas recorren la longitud equivalente a dos vueltas dicho trabajo es:
W = Mx4x3,1416 (J)
Siendo M el valor del par motor (N-m)
Hemos considerado dos vueltas ya que en un motor de cuatro tiempos por cada dos vueltas se realiza la aportación de combustible de donde se obtiene la energía mecánica procedente de su combustión.En definitiva, el par motor es directamente proporcional al trabajo mecánico realizado por el motor en un ciclo de funcionamiento, es decir, considerando las fases de Admisión, Compresión, Trabajo y Escape. La potencia (P) del motor es el trabajo divido por el tiempo en que se realiza el ciclo. Si un motor de cuatro tiempos gira a n r/min, efectúa n/2 ciclos en 1 minuto ( 60 segundos). Por lo tanto un ciclo operativo del motor se realiza en 2*60/n (segundos), la potencia del motor vale:
P = Mx2x3,1416xn / 60x1000 (kw)
Veamos un ejemplo. Un motor desarrolla el par máximo de 500 N-m a 1600 r/min. Esto equivale a decir que el motor es capaz de apretar el tornillo con la llave 2 aplicando un par de 500 N, aproximadamente de 50 kilogramos de fuerza cada una, cuando ambas se encuentran separadas una distancia de 1m. El trabajo por cada ciclo operativo del motor, dos vueltas, sería 500x4x, es decir 6283 J, aproximadamente equivalente a una energía de 1500 Kilocalorías.La potencia desarrollada es:
P = 500x2x3,1416x1.600 / 60x1000 = 83,78 (kw) = 113,83 (CV)
Vamos a ver ahora la relación que existe entre la potencia del motor, su número de revoluciones y el par motor que origina.
El trabajo desarrollado por la fuerza centrifuga del cigüeñal en una vuelta del volante será FX2 π r, (siendo π= 3,1416 y r el radio de giro; por lo tanto 2 π r, que es la longitud de la circunferencia, será el camino recorrido por la fuerza F en una vuelta del volante). Multiplicando el trabajo por el número de revoluciones por segundo n/60 (siendo n el número de revoluciones por minuto del volante) tendremos la potencia en KgXm/seg.
Para convertir esa potencia a caballos y sabiendo que 1 C.V.es 75 X(KgXm/seg.), tendremos que dividir por 75 para obtener la potencia en caballos.
· Cuando las fuerzas F pasan de la posición 1 a 2, girando un ángulo , realizan un trabajo W.
· El trabajo W es el valor de cada F por la distancia del arco de circunferencia 1-2.
· Por cada vuelta el trabajo de las dos fuerzas se realiza sobre la longitud de la circunferencia: W = 2xFxDx2x3,1416xR (J)Siendo 2x3,1416xR la longitud de la circunferencia
· Como 2*R = D y F*D = M (Par motor) el trabajo por cada vuelta es:W = Mx2x3,1416 (J)
· El ciclo de un motor de 4 tiempos se realiza en dos vueltas, por lo tanto el trabajo mecánico vale:W = Mx4x3,1416 (J)
· La potencia mecánica es:P = Mx2x3,1416xn / 60x1000 (kw)
Todo par se ejerce para vencer una resistencia. Las fuerzas que aplicamos en la llave 2 son consecuencia de la mayor o menor resistencia que opone el tornillo. Esta resistencia se traduce en un par resistente que debe ser igual o menor al de accionamiento, si queremos mover el tornillo.Cuando decidimos hacer un taladro en la pared con unas taladradora de mano la fuerza que tenemos que hacer para sujetarla depende de la resistencia de la pared y del tamaño de la broca. La perforación se hace tanto más difícil cuanto más resistente es la primera y mayor es el diámetro de la segunda. Es decir, la pared ofrece un par resistente que debe ser igual, al menos, que el par motor que ejerce la broca. ¿ Cómo nos damos cuenta de éste último?, precisamente por la fuerza y el lugar de sujeción de la máquina, o lo que es lo mismo, por el par de sujeción que es igual al par motor. Si soltáramos la taladradora, la broca se quedaría fija y la máquina giraría alrededor de ella, cosa que ocurre cuando nos encontramos con una resistencia tan grande que nos arrastra la mano. Este ejemplo nos servirá para comprender el funcionamiento de un freno dinamométrico en el que se determina la curva de par motor.
El par motor y el consumo de combustible
Ya dijimos anteriormente que un par en movimiento produce un trabajo mecánico. En el caso de la taladradora la energía que acciona la broca es eléctrica, dependiendo de la intensidad de la corriente y del voltaje. En el caso del motor de combustión interna depende del combustible aportado y de su poder calorífico. Para el ciclo de un motor de 4 tiempos la aportación de combustible se lleva a cabo una vez por cada dos vueltas. Dicho combustible libera su energía calorífica en la que solamente una fracción de la misma se transforma en energía mecánica. El resto son pérdidas de calor, fricción y accionamiento de órganos accesorios. En un ciclo de funcionamiento el trabajo mecánico es:
W = Mx4x3,1416 = mcxHixne (J)
Donde: mc es la masa de combustible aportada en cada ciclo, Hi el poder calorífico ( 42000 J/gr) para el gasoil, y ne el rendimiento del motor que, en el mejor de los casos, se sitúa en el 40% (0,4). Por lo tanto, el par motor depende directamente del consumo de combustible.
En el ejemplo anterior podemos saber cuanto combustible fue aportado en cada ciclo.Si el trabajo mecánico es 6283 J, teniendo en cuenta el poder calorífico, y rendimiento antes citado:
mc = 6283 / 42000x0,4 = 0,374 (gr / Ciclo)
Quiere ello decir que con 0,374 gramos de combustible obtenemos un par motor de 500 N-m equivalente a un par de fuerzas de 500 N aplicadas a 1 metro de distancia entre si, generando un trabajo mecánico por ciclo de funcionamiento del motor de 6283 J.
Potencia
En Física, potencia es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. Esto es equivalente a la velocidad de cambio de energía en un sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, según queda definido por:
Donde
P es la potencia.
W es la energía total o trabajo.
t es el tiempo.
Potencia mecánica es el trabajo realizado por una máquina o una persona en un determinado intervalo de tiempo.
Potencia mecánica
La potencia mecánica es la potencia transmitida mediante la acción de fuerzas físicas de contacto o elementos mecánicos asociados como palancas, engranajes, etc. El caso más simple es el de una partícula libre sobre la que actúa una fuerza variable. De acuerdo con la dinámica clásica esta potencia viene dada por la variación de su energía cinética o trabajo realizado por unidad de tiempo:
Donde:
, son la energía cinética y la masa del partícula, respectivamente
son la fuerza resultante que actúa sobre la partícula y la velocidad de la partícula, respectivamente.
En sistemas mecánicos más complejos con elementos rotativos sobre un eje constante y donde el momento de inercia permanece constante, la potencia mecánica puede relacionarse con el par motor, la velocidad angular siendo la potencia la variación de la energía cinética de rotación por unidad de tiempo:
Donde:
, es el momento de inercia según eje de giro.
, es la velocidad angular del eje.
, es el par motor aplicado sobre dicho eje.
Si el movimiento rotativo puede darse según un eje variable o el momento de inercia es variable la expresión correcta es:
Donde:
, son respectivamente la aceleración angular y el momento angular total del sistema.
Esta última ecuación es análoga a la variación de potencia que se deriva de la ecuación del cohete donde al irse quemando combustible la masa no permanece constante
Potencia eléctrica
Artículo principal: Potencia eléctrica
La potencia eléctrica P desarrollada en un cierto instante por un dispositivo viene dada por la expresión
Donde:
P(t) es la potencia instantenea, medida en watios (julios/segundos).
V(t) es la diferencia de potencial (caida de voltaje) a traves del componente, medida en voltios.
I(t) es la corriente que circula por el, medida e amperios.
Si el componente es una resitencia, tenemos:
Donde:
R es la resitencia, medida en ohmios.
Potencia sonora
La potencia del sonido se puede considerar en función de la intensidad y la superficie:
Ps es la potencia realizada.
Is es la intensidad sonora.
dS es el elemento de superficie, sobre la que impacta la onda sonora.
Unidades de potencia
Artículo principal: Unidades de potencia
Sistema métrico (SI), la más frecuente es el vatio (W) y sus múltiplos: 1000 W = 1 kW (kilovatio); 1 000 000 W = 1 MW (megavatio), aunque también pueden usarse combinaciones equivalentes como el voltiamperio.
Sistema inglés, caballo de vapor o caballo de fuerza métrico (CV), cuya equivalencia es 1 kW = 1,359 CV
Sistema técnico de unidades, caloría internacional por segundo (cal IT/s).
Sistema cegesimal: ergio por segundo (erg/s)
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