Motores Diésel

INTRODUCCIÓN

Desde la antigüedad, cuando las civilizaciones comenzaron a cultivar plantas, el ser humano ha empleado herramientas que le facilitaban las labores agrícolas. Utilizaba herramientas puntiagudas para cavar y mantener la tierra aireada, y objetos afilados para cortar la cosecha. Estos útiles primitivos, modificados y desarrollados, son las herramientas manuales que todavía se utilizan en cultivos a pequeña escala, como la pala, la azada, el rastrillo y la guadaña. También se han modificado instrumentos más grandes como el arado y grandes rastrillos tirados por personas, animales o máquinas sencillas.

No obstante, gracias a la invención de los motores y la maquinaria especializada que se generó a partir de ellos, la agricultura dio un salto exponencial en lo que se refiere a la simplificación de las tareas y al aumento de la producción de alimentos a escala mundial. Con una agricultura fundamentalmente basada en el trabajo humano y algunos animales de tiro, esta actividad aumento su superficie con la labranza mecanizada utilizando tractores y otras máquinas especializadas en tareas intermedias y cosecha.

Las grandes máquinas agrícolas modernas, preparadas para los métodos de cultivo a gran escala, se mueven mediante motores de combustión interna de gasolina o diésel. La máquina principal de la agricultura moderna es el tractor. Proporciona fuerza motriz a otras muchas herramientas que se pueden conectar a él, como moledoras, bombas y generadores eléctricos. Las máquinas pequeñas, como los aspersores portátiles, suelen llevar su propio motor. Desplazado hace años por la invención del eficiente motor diésel, el motor de gasolina todavía se utiliza en muchos campos. Sin embargo, en maquinaría agrícola para trabajo pesado se utiliza exclusivamente el diésel gracias a su robustez y economía.

El uso de maquinaria agrícola ha reducido sustancialmente la mano de obra en las labores del campo. Ahora se necesita, por ejemplo, para cultivar y cosechar cereales y empacar forrajes, menos de la cuarta parte de la que se necesitaba hace unas pocas décadas. La mecanización, junto con la mejora de las variedades a cultivar, técnicas y recolección más eficientes, ha permitido que un pequeño porcentaje de la población dedicada a la agricultura, produzca lo suficiente para alimentar al resto. Desde luego, no hay maquinaria agrícola sin motores y, por tal motivo, su invención y desarrollo a través de los años ha significado un gran avance. Sin menos preciar los impactos ambientales que el uso de estas máquinas le ocasionan al ambiente, se está generalizando un uso más racional y simplificado de las labores con maquinaria agrícola, sobre todos las referidas a la mecanización y preparación de la tierra.

Nuestro trabajo escrito estará exponiendo, para una mejor comprensión de la lectura del informe, la historia del motor diésel y su funcionamiento. Posteriormente se detallaran las diferencias entre los motores de combustión interna a gasolina y los motores diésel para finalizar explicando como ocurre la sincronización de las válvulas con el cigüeñal en estos motores.

HISTORIA DEL MOTOR DIESEL

En el año 1893, cuando estaban en su apogeo las investigaciones y experimentos más o menos afortunados en relación con los motores de gas, el ingeniero alemán Rudolf Diesel publicó un folleto de 96 páginas con el título de Teoría y proyecto de un motor térmico racional destinado a reemplazar la máquina de vapor y los demás motores conocidos actualmente, en que exponía el funcionamiento de una nueva máquina motriz totalmente original donde, sin necesidad de otras transformaciones, convertía el calor en trabajo, inyectando directamente el combustible en el interior del cilindro con un alto grado de rendimiento y un gran ahorro de aparatos anexos.

El citado folleto constituye el documento técnico más célebre de los últimos cien años y su aparición dio origen a enconadas discusiones, e inmediatamente a multitud de experimentos y trabajos para conseguir la realización práctica de la idea. Desde el primer momento se advirtió la enorme importancia del descubrimiento, no sólo por el ahorro de los aparatos anexos que necesita el motor de gas (generador y depuradores de los gases combustibles) y la máquina de vapor (calderas, condensadores, etc.), que entonces eran las únicas generadoras de energía, sino también por el alto rendimiento que se preveía para el nuevo sistema.

Llevado por un error en las fórmulas de combustión, basadas sobre hipótesis falsas, Diesel obtenía para su máquina un rendimiento superior al que podría tener teóricamente una máquina ideal perfecta (ciclo de Carnot). Pero, aunque estos cálculos no fueran confirmados por la experiencia, ya desde los primeros ensayos se advirtió que el consumo de una instalación Diesel resultaba casi la mitad que en las otras conocidas hasta entonces. La primitiva idea de Diesel consistía en comprimir dentro del cilindro una cierta cantidad de aire puro; la primera parte de esta compresión (aproximadamente la mitad de la carrera del pistón) había de hacerse a temperatura constante mediante la inyección en el cilindro de agua fresca que impedía la elevación de temperatura; la segunda parte de la compresión se realizaría sin quitar ni añadir calor al aire. De esta forma se alcanzaría una presión de final de compresión de unas 250 at con una temperatura de 8000 C. En tal momento comenzaría la introducción del combustible (carbón finamente pulverizado), con una lentitud tal, que la temperatura en el cilindro se mantuviera constante en los 8000 C'' hasta que el pistón hubiese descendido una buena parte de su carrera y la presión bajado a las 90 atmosferas; el resto de la carrera ascendente se ocuparía en la expansión de los gases producidos.

Para la realización del ciclo que acábanos de explicar era preciso que el cilindro trabajara sin enfriamiento alguno; al contrario, debía impedirse toda dispersión del calor mediante revestimientos aislantes en las paredes del cilindro, cabeza y pistón; así lo prescribe Diesel calculando erróneamente una temperatura a 170 grados C. en la cabeza del cilindro sin refrigeración, a pesar de llevar la compresión a limites tan elevados. Las firmas Man de Augsburg y Fried Krupp, de Essen fueron las primeras que comenzaron ensayos para realizar las ideas de Diesel, y, de acuerdo con éste, construyeron máquinas experimentales que, después de profundas modificaciones, llegaron a funcionar demostrando que, si bien no alcanzaba la cifra prevista por Diesel, las ventajas del nuevo Sistema sobre los demás conocidos eran indiscutibles.

Ya a los cuatro años de la publicación del famoso folleto, es decir, en 1897, se realizaron los ensayos del primer motor Diesel para lanzar al mercado. Su estructura y condiciones básicas de funcionamiento no diferían mucho de los tipos actuales: el cilindro y la cabeza eran refrigerados por agua. El combustible empleado era petróleo (no carbón como se intentó al principio); la compresión alcanzaba las 32 at y la introducción del combustible se realizaba mediante aire comprimido a unas 45 at. La idea primordial de conservar una constante temperatura durante la combustión quedó modificada en el sentido de mantener casi constante la presión.

De esta manera, en los últimos años del siglo anterior, pasa a ser comercial el motor Diesel, también llamado, por su forma de trabajo motor de combustión interna a presión constante. En los cincuenta años siguientes aparecieron infinidad de patentes y tipos alrededor del invento inicial. Durante este tiempo un deseo de invención degenerado hizo furor, no solamente entre gente competente, sino también en personas de ninguna manera aptas para comprender siquiera los principios elementales de estas máquinas.

Por este deseo de innovación y de originalidad precipitada, falto de sanos principios y madurados experimentos, muchos tipos han fracasado y muchas fábricas se vieron excluidas del mercado, cuando un progreso más lento y prudente les hubiera asegurado una vida segura y duradera. El primer motor Diesel experimental, construido en 1893 tenía el vástago del pistón articulado a una barra de conexión, y el cilindro era cerrado por su parte baja. Este cilindro estaba construido de hierro forjado, con bridas remachadas para unirse a la tapa y el fondo.

En 1896 se comenzó a emplear una camisa de agua alrededor del cilindro y surgió la necesidad de la bomba circulatoria. En 1901 aparece el pistón ligado directamente al eje mediante biela sin vástago, siendo el cilindro completamente abierto por abajo. Este tipo tuvo una gran aceptación en el mercado, construyéndose muchas unidades desde 10 a 250 caballos por cilindro, y llegando a alcanzar los 1.000 caballos por la agrupación de varios cilindros en un mismo motor.A través de todas las modificaciones introducidas, y no obstante las variadas procedencias de manufactura, en todos los modelos construidos hasta el día, perdura siempre el tipo de motor de 1901. A partir de esta fecha, el desarrollo de este nuevo sistema de generar la fuerza es verdaderamente asombroso, ganando en poco tiempo una importancia tan considerable como la máquina a vapor, y reemplazando a ésta con ventaja en la mayoría de los casos. Júzguese de ello por el hecho de que, ocho años después de aparecer este tipo perfeccionado que hemos citado en el anterior párrafo, es decir, en el año 1909, funcionaban ya, repartidos por todo el mundo.

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL

Un ciclo Diesel es una aproximación teórica al comportamiento de un motor de encendido por compresión. Se representa en un diagrama p-V

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