INTRODUCCIÓN

“Existe la meta pero no el camino. Lo que llamamos camino es sólo vacilación.”

Frank Kafka

Para nadie es un secreto la exigencia que plantea una economía

globalizada, mercados altamente competitivos y un entorno variable donde la

velocidad de cambio sobrepasa en mucho nuestra capacidad de respuesta. En

este panorama estamos inmersos y vale la pena considerar algunas posibilidades

que siempre han estado pero ahora cobran mayor relevancia.

En todos los ámbitos de la actividad humana, es necesario reconocer los actuales

procesos de globalización, que también incluyen la educación, que hoy se

caracteriza por ser un proceso dinámico cuya transformación responde a los

cambios de orden social, político, económico y cultural que la sociedad mexicana

ha experimentado en los últimos años. La transformación que se está produciendo

en las relaciones sociales y laborales se fundamenta básicamente en la revolución

del conocimiento y en el desarrollo de los sistemas de comunicación. Es por ello

que las personas constituyen ya el eje del progreso y, su voluntad y “saber hacer”

serán claves para la promoción de una sociedad con visión de futuro.

La innovación y el cambio se asientan sobre el plano tecnológico, en la estructura

organizativa y de desarrollo del capital humano, promoviéndose nuevas

competencias profesionales, la tendencia mundial es cambiar el centro del

proceso hacia el aprendizaje del estudiante. El estudiante ya no puede

permanecer pasivo dentro del proceso, tiene que realizar actividades que le

permitan construir sus conocimientos, desarrollar sus habilidades y fortalecer su

formación integral, así se han ido modificando los contenidos de los programas de

estudios universitarios incorporándose a la función principal otras relacionadas con

la organización como son el trabajo en equipo, el control de la calidad,

introduciéndose poco a poco el concepto de polivalencia.

Se busca simplemente que los egresados de la universidades estén preparados

para responder a las exigencias del entorno, de la sociedad actual, del mundo

moderno; que sean capaces de resolver problemas, de comunicarse, de trabajar

2

en equipos multidisciplinarios e interdisciplinarios, en fin que sean competentes

profesionalmente.

Una competencia profesional es un conjunto interrelacionado de conocimientos,

habilidades, actitudes y valores, que hace posible desempeños flexibles, creativos

y competitivos, en un campo profesional específico y en un contexto determinado.

Es decir, la competencia no reside en los recursos, sino en la movilización misma

de los recursos para realizar una tarea, resolver un problema, abordar una

situación compleja.

Para ser competente es necesario poner en juego el repertorio de recursos, ante

diferentes situaciones.La Ingeniería Mecánica es un campo muy amplio de la

ingeniería que implica el uso competente de los principios físicos para el análisis,

diseño, fabricación y mantenimiento de sistemas mecánicos. Ser un buen

ingeniero mecánico en los momentos actuales, un ingeniero mecánico formado

bajo el enfoque de competencias, implica mostrar que se tienen las competencias

requeridas por la sociedad, las empresas y la industria. Debe tenerse en cuenta

que en el mercado laboral, producto de la globalización, competimos con

ingenieros graduados no sólo en México, sino que, competimos con graduados de

todo el mundo. La tarea consiste entonces en tener una formación, que nos

permita competir exitosamente, en ese mercado laboral globalizado.

En el nuevo plan de estudios del Colegio de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (IME)

impulsado por el Modelo Universitario Minerva (MUM), los programas de

asignación se basan en las necesidades de la industria; para satisfacerlas es

necesario realizar convenios ya que en el área de influencia de la universidad, la

industria automotriz es la más fuerte y con esto se justifica la necesidad que los

alumnos tengan amplio conocimiento de este ramo industrial.

El objetivo del colegio es brindar conocimientos que implican el área automotriz y

que sean aplicados a la sociedad buscando solucionar problemáticas de diversas

índoles tanto a nivel económico como de funcionalidad y eficiencia, lo cual se

refiere en el perfil de egreso que en su sección de conocimientos indica que los

alumnos de esta licenciatura, que se formen en la opción de máquinas , dentro

de otras competencias podrán planear, desarrollar y controlar programas de

3

mantenimiento de plantas industriales y de servicio e instalar, montar y poner en

marcha maquinaria y equipo. [1]

La realización de este trabajo de tesis sobre el armado y puesta en marcha del

motor de combustión interna a gasolina 335 in3 V8.se basa en diversas razones, a

saber:

- El mantenimiento en general tiene varios objetivos entre los que se

encuentran: optimización de la disponibilidad del motor, optimización de los

recursos humanos, maximización de la vida de la máquina, evitar, reducir y en su

caso reparar, las fallas sobre los bienes, disminuir la gravedad de las fallas que no

se lleguen a evitar, evitar detenciones inútiles o paro de máquinas y prolongar la

vida útil de los motores.

- En el laboratorio de mecánica de IME de la Benemérita Universidad

Autónoma de Puebla se tiene en existencia un motor, el cual en el año 2008 fue

desarmado por algunos alumnos de intercambio estudiantil de nacionalidad

alemana para darle mantenimiento y conocer el funcionamiento de este tipo de

motores, debido a que del lugar de donde ellos provienen ya no son comunes los

automóviles con este tipo de máquinas, hicieron el desarmado y el motor quedo

inhabilitado.

- En el artículo del Dr. Filiberto Candia García y el Ing. Víctor Galindo López

titulado: El Aprendizaje Basado En Proyectos Un Nuevo Reto Para Incrementar El

Índice de Egresados de un Programa de Estudios en Ingeniería, se menciona “el

Colegio de Ingeniería Mecánica y Eléctrica se propone el diseño, uso, aplicación e

implementación de estrategias didácticas basadas en el Aprendizaje Basado en

Proyectos Sociales (ABPS), ya que este utiliza el método de proyectos el cual

consiste en un conjunto de experiencias de aprendizaje que involucran a los

estudiantes, sus profesores y personas de la comunidad en la solución de algún

problema de orden social.”[2]

- Durante la carrera se otorga al estudiante de ingeniería mecánica y eléctrica

un cúmulo de aprendizaje de tipo teórico, conocimientos que requieren de práctica

y experimentación y que complementados con una actitud propositiva y de

disposición complementan la formación del egresado.

4

- Los alumnos de servicio social dispuestos al trabajo colaborativo pueden

dar apoyo para realizar actividades innovadoras que les ofrezcan aprendizaje

extracurricular.

Además de la falta de material informativo completo, dentro de las limitantes de

este trabajo estuvo la carencia de espacios específicos para el armado de

motores, por lo que se trabajó en el departamento de manufactura, sobre una

base hecha de herrería previamente construida por alumnos de servicio social,

compañeros que practicaron técnicas sobre el uso del material de soldadura, en

donde el motor fue colocado para poder armarlo y ponerlo en marcha; además de

la falta de herramienta y refacciones originales necesarias, mismas que fueron

conseguidas por partes.

Haber compartido esta experiencia con compañeros, alumnos del mismo colegio,

que estaban haciendo servicio social, permitió la realización del trabajo práctico

del armado y puesta en marcha en un tiempo de quince días por las mañanas.

La presentación del trabajo de tesis contiene cinco secciones:

En el primer capítulo se muestra el protocolo de investigación que incluye el

planteamiento del problema, la justificación del trabajo, los objetivos, la hipótesis

planteada y las variables que esta considera.

El capítulo II presenta el marco de referencia sobre el cual se fundamenta el

trabajo, se incluye la información de los componentes que integran el ensamblaje

del motor y tiene como propósito reunir información para poder conocer cada una

de las partes del motor, sus características y funcionamiento, además de la

manera de relacionarse entre ellas, posteriormente se encuentra marco

metodológico que contiene el diseño y tipo de la investigación realizada, su

alcance, método, técnicas e instrumentos.

El capítulo III presenta como resultado de la investigación un panorama un poco

mas claro de los problemas que fuimos ubicando a lo largo del armado y posterior

puesta en marcha y la forma en como los pudimos resolver de la forma mas

correcta.

5

El Capítulo IV presenta como resultado de la investigación la secuencia del

armado y puesta en marcha del motor de combustión interna a gasolina 335 in3

V8, cuyo procedimiento indica ocho pasos para el armado y un paso para la

puesta en marcha.

En la parte final se presentan las conclusiones que se derivan del trabajo, con los

resultados obtenidos se plantean propuestas de líneas de investigación futuras

que conduzcan a nuevos caminos de interés y búsqueda de oportunidades y

soluciones.

6

Capítulo I “GENERALES DEL PROYECTO”

1.1 Planteamiento del problema

Partiendo de la discrepancia que existe entre la situación real en la que se

tiene a un motor desarmado e inhabilitado, con un cierto número de piezas

originales faltantes y cuyo procedimiento para armarlo, se asumió el reto de darle

funcionalidad y ponerlo en marcha teniendo como situación deseada realizar una

investigación para obtener una guía documentada para el armado y puesta en

marcha de un motor combustión interna a gasolina 335 in3 V8, al que futuras

generaciones podrán darle nueva utilidad teniendo acceso a una guía que les

indique cómo darle un mantenimiento adecuado, se genera el problema ¿qué

hacer para darle funcionalidad, armar y poner en marcha un motor inhabilitado y

dejar la documentación para que sea usada por alumnos interesados en ello?

1.2 Justificación

Pensando en los beneficios generales del mantenimiento y con la inquietud

por encontrar a la vez la práctica en un motor utilizando un recurso inhabilitado

que se tenía en el colegio, y dado el hecho de la inexistencia de su manual de

armado, se pensó en investigar acerca del armado y puesta en marcha del motor

de combustión interna a gasolina para autos, el motor 335pulg3 V8; procediendo

a la ejecución sobre el recurso con el que ya se contaba, pensando en darle

funcionamiento al motor como tal y con una visión a futuras transformaciones en el

mismo para que funcionase con otro tipo de combustible, quizás de tipo biológico,

o bien modificarlo para crear una planta eléctrica.

El motor que se refiere es un ensamble de varias piezas donadas que no

pertenecían al modelo del motor original y que al ser desarmado por los

estudiantes extranjeros por completo, se tuvo que hacer una serie de

adaptaciones que permitieron ensamblar todas y cada una de las piezas hasta

lograr el funcionamiento sin fallo dándole un uso a todo ese material y

optimizando los recursos.

7

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo general

El objetivo de la tesis es habilitar un motor de combustión interna a gasolina

335pulg3 V8 con el reconocimiento de sus partes, verificar su funcionamiento y la

presentación documentada de todo el procedimiento.

1.3.2 Objetivos específicos

- Hacer una investigación documental de las partes del motor combustión

interna a gasolina 335 in3 V8 y del funcionamiento de cada una de ellas, para

conocerlo completamente.

- Disponer de una lista de piezas opcionales o alternativas que pudiesen

suplir a las faltantes para decidir con qué otras serían sustituidas y completar las

necesarias para el armado del motor en cuestión.

- Escribir paso a paso el procedimiento que se sigue para armar y poner en

marcha el motor de combustión interna a gasolina 335 in3 V8 para poder contar

con una guía que describiera la estrategia práctica llevada a cabo.

- Armar el motor sintetizando el análisis que se había hecho a nivel teórico y

revisar su funcionamiento correcto al ponerlo en marcha para validar los pasos

descritos en la guía del armado y puesta en marcha del motor de combustión

interna a gasolina 335 in3 V8.

8

1.4 HIPÓTESIS

Si se conocen las partes y procedimiento de armado de un motor de

combustión interna a gasolina 335 in3 V8 entonces el armado y puesta en marcha

es posible realizarlo como una practica de taller en la carrera de Ingeniería

Mecánica y Eléctrica y asignaturas pertinentes.

1.5 VARIABLES

Variable independiente: tipos de piezas y su funcionamiento

Variables dependientes: guía de procedimiento, armado y puesta en marcha del

motor.

9

Capítulo II “MOTORES DE COMBUSTION INTERNA”

Los ciclos teóricos del motor a combustión a volumen constante fueron

estudiados por Beau Rochas, pero su aplicación práctica se la debemos a Otto

que construyó los primeros motores aproximadamente en 1862.

El ciclo Otto es un ciclo cerrado, que utiliza una mezcla de aire y gasolina o aire y

gas y para su ignición tiene la ayuda de una chispa eléctrica producida por el

sistema de encendido. Este ciclo consta de 4 etapas o tiempos (fig.1). Aspiración,

compresión, combustión y expansión. El flujo del fluido en su interior sería el

siguiente:

En la carrera descendente del pistón, aspira un volumen de mezcla aire-

combustible, que ingresa en una cámara, cuando el pistón sube comprime esa

mezcla que cuando alcanza el punto muerto superior se enciende y se quema a

volumen constante (teórico), para luego producir una expansión (carrera útil) en

cuyo transcurso aporta el trabajo, luego en la carrera ascendente se eliminan los

gases de la combustión y el ciclo se inicia nuevamente.

Fig. 1 Ciclo Otto teórico

10

El ciclo ideal o teórico difiere bastante del real por diversos motivos entre los

cuales podemos mencionar:

Disociación química de los combustibles, combustión no a volumen constante sino

variable debido al tiempo de apertura de las válvulas de admisión y escape,

avance al encendido para evitar la detonación de los combustibles, etc., todo lo

cual hace que el ciclo no se realice como el teórico.

La mezcla de aire y gasolina, o aire y gas puede hacerse actualmente en el

carburador o en la cámara de combustión en los sistemas de inyección

electrónica. El calor producido por la combustión de gasolina se convierte en

energía motriz dentro del motor. Los pistones, las bielas y el cigüeñal son las

partes del motor que convierten la energía calorífica en energía motriz mediante lo

conocido como ciclo de cuatro tiempos:

1.- Tiempo de admisión. La válvula de admisión se abre y el pistón baja dentro

de su cilindro y permite la entrada de la mezcla de aire y gasolina. Fig. 2 [3]

Pistón

Biela

Válvula de admisión

Fig.2

TIEMPO DE ADMISIÓN

11

2.- Tiempo de compresión. La válvula de admisión se cierra, el pistón sube y

comprime la mezcla de aire y gasolina en la parte superior del cilindro, cerca de la

bujía.

3.- Tiempo de potencia o expansión. Cuando el pistón esta cerca de la parte

superior del cilindro, la bujía inflama la mezcla y los gases en expansión hacen

que el pistón baje en el cilindro. Fig.4 [3]

Bujía

Cigüeñal

Cámara de combustión

Cilindro

Fig.3

TIEMPO DE COMPRESIÓN

Fig.4

TIEMPO DE EXPANSIÓN O

POTENCIA

12

4.- Tiempo de escape. La válvula de escape se abre, el pistón vuelve a subir y

expulsa los gases quemados que están dentro del cilindro por la lumbrera de

escape. Fig. 5 [3]

Solo el tercer tiempo produce energía y los demás solo la absorben, ya que el

pistón y las válvulas trabajan en forma de bomba que mueve y comprime gases.

De toda la energía que se produce en una vuelta, una parte es absorbida por los

otros tres pistones para sus carreras. La energía restante es la utilizada para

impulsar el automóvil.

La relación de compresión es conocida como la diferencia de volumen que hay

dentro del cilindro cuando el pistón esta en al principio y final de su carrera.

Cuando hay una mayor mezcla de aire y gasolina comprimida dentro de la cámara

de combustión, mas elevada será la potencia del motor y menor el gasto de

gasolina. Las relaciones de compresión muy altas son malas para el entorno en

que vivimos pues al generar temperaturas excesivas de combustión, aumentan la

contaminación del medio ambiente al producir óxidos de nitrógeno.

La bujía tiene como trabajo el hacer la quema de la mezcla de aire-gasolina

comprimida rápida y uniformemente en la parte de arriba debemos tomar en

cuenta que en el caso de que el octanaje de la gasolina utilizada es muy bajo, la

Válvula de

escape

Fig.5

TIEMPO DE ESCAPE

13

mezcla que no esta en contacto directo con la bujía puede inflamarse

repentinamente durante la compresión, dándonos como resultado lo comúnmente

conocido como golpeteo o cascabeleo.

2.1 SISTEMA DE ENCENDIDO

Cada motor de combustión interna requiere de un sistema de encendido que

pueda proporcionar una chispa de suficiente fuerza al cilindro correcto en el

momento preciso para encender la mezcla de aire-combustible, anteriormente los

sistemas de platinos utilizaban un rotor y una leva que están emplazados

mecánicamente al cigüeñal para abrir o interrumpir un juego de puntos de contacto

que controlan la operación de la bobina de encendido y crean una chispa, para

suministrar la chispa al cilindro correcto; el sistema de platinos utiliza un

distribuidor mecánico impulsado desde el cigüeñal con el mismo mecanismo que

los platinos, el distribuidor enrruta voltajes altos generados por la bobina de

encendido al cilindro apropiado que necesita la chispa en el tiempo de

compresión, los sistemas de encendido actuales controlados por computadora o

electrónicamente también requieren bobinas para generar voltajes altos pero

utilizan transistores electrónicos en lugar de puntos del interruptor para abrir y

cerrar el aterrizaje de las bobinas y en lugar de un rotor mecánico y leva cuentan

con una computadora o un modulo de control del motor que le envía señales a un

transistor de potencia cuando un cilindro requiere una chispa, los actuales

sistemas de encendido sin distribuidor eliminan incluso la necesidad de un

distribuidor dedicando una bobina a cada par de cilindros según sea necesario

dependiendo del diseño del motor, en los sistemas de inyección sin distribuidor

una computadora utiliza sensores para determinar cual cilindro se encuentra en su

tiempo de compresión y a veces distribuye la chispa con la velocidad de la

electricidad. Idealmente la combustión en un motor de combustión interna debe

ocurrir cuando el pistón llega a la parte más alta de su rango (carrera) en el tiempo

de compresión se conoce como Punto Muerto Superior y en relación con el se

deben sincronizar las chispas sin embargo, realmente el encendido no siempre

comienza en el PMS, si el tiempo de combustión estaba desarrollando su presión

14

máxima y el pistón ya había pasado por el tiempo de compresión esta combustión

tardía daría como resultado menos potencia por tanto para que se pueda

maximizar la transferencia de potencia al pistón, el tiempo de encendido, es decir,

el momento en que se suministra la chispa debe adelantarse un poco si se

adelanta el tiempo de encendido adecuadamente la presión resultante de

combustión se encontrara con el pistón justo cuando el pistón comienza a

descender y transmitirá la máxima potencia al pistón, los requerimientos del

tiempo de encendido también se ven afectados por la proporción de aire-

combustible, la presión en el cilindro, la calidad del combustible y otros factores,

también el tiempo de encendido se debe controlar para suministrar una chispa a

través de un rango de sincronización justo antes de que termine el tiempo de

compresión.

2.1.1 Orden de encendido de los cilindros

Los codos del cigüeñal están dispuestos de manera que no todos los

pistones suban y bajen al mismo tiempo. Esto permite que en la mayoría de los

motores los tiempos de potencia se sucedan a intervalos iguales, lo cual

contribuye a minimizar la vibración. En un motor de cuatro tiempos, estos se

enumeran de frente hacia atrás. Si las bujías encienden en orden numérico

1-2-3-4, el motor estaría fuera de balance y vibraría excesivamente. La vibración

se reduce con un orden de encendido 1-3-4-2 ó 1-2-4-3. El orden de encendido en

los motores de seis cilindros en línea es generalmente 1-5-3-6-2-4 y los motores

V8 su orden de encendido es 1-3-7-2-6-5-4-8.

Fig.6 [3]

15

2.2 PISTONES Y BIELAS

Los pistones son los encargados de transmitir la fuerza que impulsa al

motor. Por lo general en una maquina pequeña a toda marcha, cada uno de los

pistones sube y baja en su cilindro hasta 100 veces por segundo. Los pistones de

un motor V8 se mueven en promedio, 35 veces por segundo cuando el coche

corre a 100Km/h. los pistones son de aluminio liviano que permite la rápida

sucesión de carrera ascendente, descendente e inversión.

Las bielas son las encargadas de transmitir la potencia generada de los pistones

para el cigüeñal. Son hechos de acero forjado o fundidas de hierro maleable y

cuentan con orificios paralelos en cada extremo. El perno de pistón, atraviesa el

orificio pequeño de la parte superior del pistón, y a su vez fija este a la biela. La

parte inferior de la biela esta hecha de modo que se pueda atornillar alrededor del

cigüeñal ya que esta cortada en dos piezas y en su interior se colocan los metales

que ayudan a reducir la fricción.

Los cojinetes de motor son componentes vitales para el buen funcionamiento y

larga vida de un motor. Por ello es que los fabricantes de motores exigen exactas

especificaciones que determinan la composición metálica de los cojinetes, todo de

acuerdo al tipo de motor donde serán instalados.

Las composiciones de material más comunes, económicas y duraderas en la

fabricación de los cojinetes comprendidas en el área automotriz se desarrollan y

distribuyen por parte de la marca Federal Mogul y en este caso en particular se

agrupan en:

a) Las BIMETALICAS, que usan mezclas de

capas de aluminio sobrepuestas sobre acero.

Los cojinetes con esta formulación son

usados en una gama extensa de motores.

Son recomendados para utilizarlos en

motores con carga de trabajo mediana,

ofreciendo larga duración. Se identifican por

las letras (RA ó A) al final del número de parte indicado en los empaques de

Federal Mogul y en el reverso de los cojinetes.

16

b) Las BIMETALICAS SUPERIOR, son usadas en cojinetes de avanzada

tecnología para los motores modernos. Las aleaciones de capas de aluminio

incluyen silicón, lo que les permite soportar mayores cargas, ofrecer mayor

resistencia al desgaste y evitar las fracturas en la superficie de fricción. Estos

cojinetes pueden ser instalados en motores de uso normal, pero son

especialmente recomendados para motores que trabajan bajo condiciones

severas y de mayor esfuerzo. Se pueden identificar por las letras (AP ó P) al final

del número de parte indicado en los empaques o en el reverso del cojinete.

c) Las TRIMETALICAS, como sugiere su nombre, emplean aleaciones de tres

metales, el cobre, el plomo y el acero. Son altamente resistentes a la fatiga pero

son menos resistentes a los daños producidos por efectos de la corrosión. Estos

cojinetes son usados en motores de trabajo pesado y se identifican mediante las

letras (CP ó P) y para los motores de alto desempeño con las letras (CH) al final

del número de parte indicado en el empaque de Federal Mogul y en le reverso del

cojinete.

Las de BABBITT se utilizan frecuentemente en los cojinetes de los árboles de

leva. Los cojinetes de biela y de bancada con esta formulación normalmente se

utilizan en motores de competición o alto desempeño. Esto por su capacidad de

adaptación a la deformación y absorción de partículas metálicas limitando los

riesgos de daños más costosos a la superficie del cigüeñal cuando el motor

trabaja bajo carga severa.

Su uso es recomendado especialmente en los motores súper cargados de

competencia que utilizan combustibles especiales como el nitrometanol o en

motores de carrera que usan alcohol. Los cojinetes de Babbitt se identifican con

las letras (SA-SB-SI) al final del número de parte indicado en el exterior del

empaque y en el reverso del cojinete.

d) El solo uso de componentes de alta calidad como los de Federal Mogul, no

garantiza un trabajo exitoso. Es necesario que los componentes y partes que se

tengan que rectificar sean trabajados en establecimientos especializados y que

ofrezcan garantía de precisión en las medidas exigidas, todo según las

especificaciones del fabricante. [4]

17

2.3 ANILLOS DEL PISTÓN

Se colocan en las ranuras de la parte superior del pistón. Los gases de

combustión a alta presión pasan entre el pistón y la pared del cilindro y empujan el

anillo superior de compresión hacia abajo dentro de su ranura y hacia fuera contra

la pared.

Como una pequeña cantidad de gas pasa por el anillo superior, se utiliza el

segundo anillo. El anillo de aceite recoge el exceso de aceite de la pared del

cilindro. El gas que logra pasar estos tres anillos se va al cárter.

Los anillos de compresión del pistón hechos de hierro y de acero de muelle, sellan

ese espacio, impidiendo que los gases de combustión a alta presión escapen por

el y se reduzca la potencia del motor.

El anillo de aceite, debajo de los anillos de compresión, recoge (rasca) el exceso

de aceite de las paredes del cilindro y lo devuelve al cárter; cuando el anillo de

aceite esta gastado, puede dejar pasar aceite a la parte de arriba del pistón y se

produce humo en el escape. Fig. 7 [3]

18

Cabeza del pistón

Anillo superior de compresión

Segundo anillo de

compresión

Anillo de aceite

Perno del pistón

Seguro del perno Falda del pistón

Brazo de la biela

Tapa de la biela

Cojinetes

Tornillos de la

biela

Fig.7

EL PISTON Y LA BIELA

19

2.3.1 La posición de los pistones

Todos los motores funcionan de manera parecida al de cuatro cilindros en

línea; mientras más cilindros tenga el motor, mayor será la potencia que genere.

Antes de la Segunda Guerra Mundial, los motores de ocho cilindros en línea eran

muy populares, y la General Motors siguió produciéndolos hasta 1954. Hoy, todos

los motores, y muchos de seis, tienen los cilindros colocados en dos bancos que

forman una V.los bancos de un motor en V forman, por lo general, un ángulo de

90° y, rara vez, de 60°. Si el ángulo entre los bancos de los cilindros es de 180°,

estos quedan horizontalmente opuestos como se puede observar en el motor de

Volkswagen Sedan de cuatro tiempos opuestos. [3]

Motor de cuatro cilindros en línea.

Se usan en coches pequeños y autos

deportivos y por su tamaño se pueden

colocar de lado (instalación trasversal) en

algunos modelos con tracción delantera.

La mayoría de estos motores vibran, en

especial a baja velocidad. El motor con

flecha silenciosa es una excepción – lo

tienen algunos de los modelos K de

Chrysler-: cuenta con dos flechas de

balance que giran en dirección opuesta al

cigüeñal y funciona más suavemente que

algunos motores V-8. Fig. 8 [3]

Fig.8

20

Motor de cuatro cilindros opuestos.

Motor de seis cilindros V6

Motor de seis cilindros en línea.

Banco de los cilindros

Tiene dos pares de cilindros dispuestos

horizontalmente. Volkswagen popularizo en

todo el mundo estos motores enfriados por

aire en los Sedan. Fig. 9 [3]

Más potentes que los de cuatro cilindros,

tienen la ventaja que por ser pequeños

pueden montarse en autos compactos. Si

tienen los bancos de los cilindros a 60°,

funcionan tan suavemente como los motores

V-8, sobre todo si cada biela tiene su propio

codo; no asi si tienen los bancos a 90°, con

dos bielas en cada codo, porque las bujías no

encienden sincronizadamente. Fig.10 [3]

Aunque son más largos y pesados que los de

cuatro o cinco, funcionan con más suavidad y

son más potentes. Casi todos estos motores

están colocados verticalmente, pero los Chrysler

de seis cilindros se montan con una inclinación

de 30° lo que hace que baje el centro de

gravedad del automóvil y mejoren así la

estabilidad y las condiciones de manejo. Fig.

11[3]

Fig.9

Fig.10

Fig.11

21

Motor de ocho cilindros V8.

2.4 CIGÜEÑAL

El cigüeñal forma parte del mecanismo biela-pistón, y su función específica

es transformar la energía desarrollada por la combustión en energía mecánica. El

cigüeñal recoge y transmite al cambio la potencia desarrollada por cada uno de los

cilindros. Por consiguiente, es una de las piezas más importantes del motor.

Cada articulación está formada por dos brazos y por la muñequilla de biela, que

gira sobre el cojinete de la cabeza de biela. Las muñequillas del eje de rotación del

cigüeñal se denominan muñequillas de bancada.

En los motores con los cilindros en línea el cigüeñal está formado por tantas

articulaciones como cilindros. En los motores con los cilindros opuestos el número

de articulaciones puede ser el mismo que el de cilindros o sólo la mitad. En los

motores en V, generalmente el número de articulaciones es la mitad del de

cilindros.

El equilibrado se consigue por medio de contrapesos aplicados, a las manivelas

para obtener, cuando sea necesario, el equilibrado estático y el dinámico del

cigüeñal en todo su conjunto y, muchas veces, de cada una de las manivelas.

Sirve además para

reducir el efecto de algunas de las fuerzas debidas a las masas en movimiento

alternativo. Los objetivos del equilibrado son esencialmente dos:

Son más pequeños y funcionan con más

suavidad y potencia que los de seis cilindros en

línea, constan de dos motores de cuatro cilindros

unidos a un solo cigüeñal. A cada codo se

acoplan dos bielas, y el múltiple de admisión está

ubicado en el vértice de la V y el de escape a

cada uno de los lados del motor. Fig. 12 [3] Fig.12

22

Reducir las vibraciones del motor causadas por las fuerzas y momentos

generados por la presión de los gases en los cilindros y por las piezas en

movimiento alternativo y giratorio (pistones, bielas, y cigüeñal).

Reducir las cargas sobre los cojinetes de bancada.

2.4.1 Fuerzas centrífugas y alternativas.

El cigüeñal está equilibrado estéticamente cuando la resultante de las

fuerzas centrífugas es nula, es decir, cuando el baricentro se encuentra sobre el

eje de rotación. Es característico el ejemplo del cigüeñal con una sola manivela.

Es obvio que para que el cigüeñal esté en equilibrio en cualquier posición, el peso

de la manivela debe ser equilibrado por el de los contrapesos.

Pero el cigüeñal, además de estar equilibrado estéticamente, puede estarlo

dinámicamente, es decir, puede dar lugar, cuando se halla en movimiento, a un

momento flector originado por las fuerzas centrífugas que se encuentran en planos

distintos. Puede suceder, en definitiva, que en los motores con varios cilindros la

resultante de los momentos respecto a un punto cualquiera del eje no sea nula.

Este concepto resulta más claro si se concreta en el caso de un cigüeñal con 2

manivelas de un motor de 2 cilindros opuestos, de 4 tiempos. Las fuerzas

centrífugas actúan en planos diferentes, cuya distancia entre ellos es igual a la

que hay entre los ejes de los cilindros. El momento resultante es igual al producto

de la fuerza centrífuga por la distancia entre los ejes y puede ser equilibrado con

uno igual y opuesto por medio de contrapesos.

En los cigüeñales que tienen más de 2 manivelas, éstas se disponen

angularmente de manera que las combustiones resulten distanciadas igualmente

una de otra para obtener la máxima regularidad del par motor, y en estas

condiciones, en la mayor parte de los casos, la disposición de los brazos de

manivela es tal que, sin añadir contrapesos, la condición de equilibrio estático se

satisface automáticamente, ya que el cigüeñal admite un plano de simetría que

pasa por su eje.

En cuanto al equilibrio dinámico, los cigüeñales con más de 2 manivelas resultan

equilibrados cuando, estando ya compensados estáticamente, admiten un plano

23

de simetría perpendicular al eje de rotación respecto al cual las manivelas resultan

simétricas en número, posición y dimensiones. Todos los demás cigüeñales

pueden ser equilibrados solamente con la ayuda de contrapesos. No obstante,

muchos cigüeñales, aun estando en conjunto equilibrados dinámicamente, incluso

sin contrapesos, tienen equilibradas cada una de las manivelas por separado. Este

tipo de contrapesado sirve para reducir la carga impuesta a los cojinetes de

bancada. Efectivamente, contrapesando cada una de las manivelas se reducen, o

se anulan, los diversos momentos Electores, debido a las masas giratorias que,

actuando sobre las diferentes partes del cigüeñal, tienden a flexionarlo cargando

los cojinetes de bancada y dificultando su lubricación.

Además de las fuerzas centrífugas de las masas de rotación, influyen sobre las

muñequillas de manivela las fuerzas debidas a las masas en movimiento

alternativo. Estas fuerzas causadas por las variaciones de velocidad del pistón y

de la biela, se distinguen 'en fuerzas de primer orden y de segundo orden. Las

primeras alcanzan su valor máximo, positivo o negativo, cada vez que el pistón se

encuentra en el PMS o en el PMI. Las segundas varían con una frecuencia doble

que las primeras.

Una fuerza de primer orden puede ser equilibrada por la componente, según el eje

de los cilindros, de una fuerza centrífuga producida por una masa igual a la de la

masa alternativa, aplicada al cigüeñal en contraposición a la muñequilla de

manivela. Pero en este caso se crea una fuerza dirigida perpendicularmente al eje

cilíndrico, con una amplitud y frecuencia iguales. En la práctica se contrapesa la

mitad de la masa alternativa, por lo que queda activa sobre el eje del cilindro la

mitad de la fuerza alternativa de primer orden, mientras que la otra mitad se

transforma en una fuerza perpendicular al eje del cilindro.

En los motores de varios cilindros (en línea, en V u opuestos) las fuerzas

alternativas de primer orden se equilibran cuando el cigüeñal está por sí mismo

equilibrado (es decir, sin contrapesos). De manera análoga, los pares debidos a

las fuerzas alternativas de primer orden están equilibrados cuando lo están los

pares debidos a las masas en rotación, es decir, cuando el cigüeñal está

equilibrado dinámicamente. En lo que se refiere a las fuerzas alternativas de

24

segundo orden, no existe posibilidad de reducirlas con técnicas especiales en la

construcción del cigüeñal, puesto que varían con una frecuencia doble al número

de revoluciones. En los automóviles, las vibraciones causadas por las fuerzas de

segundo orden son absorbidas, mediante técnicas especiales, por la suspensión

del motor.

2.4.2 Procesos de fabricación

El material empleado generalmente para la construcción de los cigüeñales

es de acero al carbono; en los casos de mayores solicitaciones se emplean aceros

especiales al cromo - níquel o al cromo -molibdeno-vanadio tratados

térmicamente. Se construyen también cigüeñales en fundición nodular que poseen

unas características de resistencia semejantes a las del acero al carbono.

En un principio, el cigüeñal se obtenía de un cilindro de acero, eliminando con el

torno las partes sobrantes. Los brazos de manivela, al ser circulares, se aligeraban

eliminando las partes laterales, y por esta razón la sección de los brazos de

manivela resultaba rectangular. Inicialmente, no se solían aplicar contrapesos.

Más adelante, se comenzaron a construir los cigüeñales forjándolos con

operaciones sucesivas de estampación en caliente. La técnica de estampación,

perfeccionada con la experiencia y el tiempo, permitió modelar los brazos de

manivela de manera que incluían ya los contrapesos. Actualmente, los

contrapesos en los motores para automóviles forman siempre una parte integral

del cigüeñal. Sólo en casos especiales y en motores para vehículos industriales

son montados independientemente.

El cigüeñal es la pieza del vehículo, entre las que tienen movimiento, que gira a

mayor velocidad y pesa más; no obstante, está proyectado para durar, sin ser

reparado, tanto como el automóvil. Las técnicas de construcción modernas, los

juegos de montaje cuidadosamente controlados y los progresos en el campo de

los lubricantes le aseguran un amplio margen de seguridad y una óptima fiabilidad.

Sin embargo, no es raro - y esto sucedía con mayor frecuencia en el pasado- que

se produzcan averías en el cigüeñal, que deben achacarse casi siempre al

25

conductor. Las más importantes son: la rotura por fatiga del cigüeñal y el rayado

de las muñequillas. Fig. 13 [3]

2.5 BLOQUE DE CILINDROS (MONOBLOCK)

La mayoría de los monoblocks son fabricados de hierro fundido, y algunos

pueden ser también de aluminio, que es más ligero y conduce mejor el calor,

aunque deben contener las camisas de hierro fundido en los cilindros pues el

aluminio es muy blando y no resiste el constante roce de los pistones

También tiene fundidos a el los conductos de agua para enfriar los cilindros y se

conectan con los conductos de agua de la cabeza por medio de otros conductos

que están en la parte superior del monoblock. Para evitar que se agriete o pique

con las propiedades corrosivas del agua tiene unos tapones de expansión

comúnmente llamados sellos de monoblock. Por eso es importante agregar

anticongelante que ayuda a reducir ese agente corrosivo y alarga la vida útil tanto

de mangueras como del sistema de enfriamiento en general. Fig.14 [3]

Montaje para

engrane de

árbol de levas

Nariz del

cigüeñal donde

se monta la

polea

Codos de biela

Apoyo del

cigüeñal

Contrape

so

Cara

(cachete)

Muñones principales

Contrape

so Conducto de

aceite al codo

de biela

Conducto de

aceite al codo

de biela

Brida de

montaje del

volante

Fig.13

CIGÜEÑAL

26

2.6 LA CABEZA

Las cabezas de motor por lo regular están echas de hierro fundido, aunque

al igual que los monoblocks las hay de aluminio. En algunos motores el monoblock

es de hierro fundido y la cabeza de aluminio. Sin embargo, una cabeza de

aluminio tiene una desventaja pues necesita poseer insertos especiales que sirvan

de asientos y guías de las válvulas y además, por tener coeficientes de dilatación

distintos, es difícil sellar bien una cabeza de aluminio en un bloque de hierro. Para

compensar este coeficiente debemos moldear la base inferior de la cabeza de

modo que ajuste perfectamente con la parte superior del monoblock; cualquier

Cojinete de árbol de levas

Cojinete principal que

sostiene el cigüeñal

Montaje para bomba de

gasolina

Montaje para filtro de

aceite

Montaje para distribuidor

Montaje para bomba de

agua (esta hace circular

mezcla de agua y

anticongelante por el

bloque y la cabeza

Agujero para birlos

Conductos para mezcla de

agua y anticongelante

Cilindros por donde se

deslizan los pistones Orificios para las varillas

Fig.14

MONOBLOCK

27

variación puede provocar fugas y un sobrecalentamiento que por lo regular es

resultado de una operación del motor con poco agua en el sistema de enfriamiento

Para diferenciar las válvulas encargadas tanto de la admisión como del escape

debemos observar que las válvulas de admisión son mas grandes que las de

escape, pues el paso de gas hacia adentro del cilindro es mas lento que el escape

que sale a presión.Fig.15 [3]

2.7 ÁRBOL DE LEVAS

Muchos motores pequeños de alto rendimiento tienen el árbol de levas en la

cabeza y no en el bloque. Este tipo de levas acciona las válvulas más

directamente que el de varillas. Al haber menos piezas, la inercia es menor, de

modo que un motor con árbol de levas colocado en la cabeza es más potente que

el del árbol de levas con varillas.

Agujero para el birlo

Agujeros roscados para fijar la

tapa de punterías en la cabeza

Lumbreras de admisión

Caja para el termostato, el cual

controla el paso de la mezcla de agua

y anticongelante entre el motor y el

radiador

La varilla sube y baja para

accionar el balancín

Los resortes cierran las válvulas

Reten del resorte

Flecha de balancines donde oscila

el balancín

Tornillo para ajustar el juego del balancín

en motores sin alzaválvulas hidráulicos

El balancín se mueve para abrir la válvula

Fig.15

CULATA O CABEZA

28

Engrane Levas

Los antiguos arboles de levas colocados en la cabeza tienen cadenas largas que

los hacen girar; los modelos recientes tienen bandas de hule dentadas que van

montadas fuera del bloque. Estas no necesitan lubricación y están hechas de hule

resistente al aceite y cuerdas de fibra de vidrio o de acero, y para evitar que

patinen, los dientes que tienen en la cara interna se acoplan con los engranes del

árbol de levas y del cigüeñal.

El número de árboles de levas (uno o más) que tiene el motor en la cabeza

depende de la posición de las válvulas. Un motor en V que tiene un árbol de levas

doble sobre cada banco de cilindros, cuenta en total con cuatro arboles de levas.

Estos árboles accionan bien directamente las válvulas, o bien indirectamente

cuando hay balancines intermedios llamados dedos. Cuando la leva acciona la

válvula directamente, se coloca un impulsor en forma de cubo entre la leva y el

vástago de la válvula para que esta resista el empuje lateral de la leva.

Los motores modernos con árboles de levas en la cabeza tienen alzaválvulas

hidráulicos que se ajustan automáticamente y son más silenciosos que los

mecánicos.

Las válvulas en los motores antiguos necesitan calibrarse periódicamente; esto se

hace quitando o poniendo lainas (laminillas de metal) o un tornillo cónico en el

impulsor de cubo. Las válvulas que funcionan por medio de dedos se calibran

ajustando el eje del dedo, y las que funcionan con varillas y balancines se calibran

con los tornillos de ajuste. Fig. 16 [3]

Fig.16

ÁRBOL DE LEVAS

29

Las levas se distribuyen a lo largo del árbol de tal manera que abren las válvulas

en el momento preciso. El perfil (romo o agudo) de cada leva determina la

velocidad con que se abre la válvula, cuanto se abre y cuanto dura abierta. Hay

una leva por cada válvula. El engrane acciona el distribuidor y la bomba de aceite

mediante las cadenas de distribución. Fig. 17 [3]

El engrane del árbol de levas gira

a la mitad de la velocidad del

cigüeñal

Impulsor de cubo

Los resortes cierran las válvulas

Tensor

El engrane intermedio gira a tres

cuartas partes de la velocidad del

cigüeñal

El tensor evita que la cadena chicotee

a alta velocidad

Los pistones y las bielas accionan

el cigüeñal y el engrane

La leva abre la válvula

Árbol de levas

Leva

Árbol de levas

Engrane del árbol de levas

Impulsor de cubo

Resorte

Válvula de admisión

Válvula de escape

Fig.17

30

2.8 PRINCIPIOS DE COMBUSTIÓN

El motor de combustión interna ideal proporciona a la cámara de

combustión la menor cantidad de combustible posible para su operación

satisfactoria, el combustible, la gasolina, es una mezcla liquida de hidrocarburos

(HC) los cuales se combinan perfectamente con el oxigeno del aire, el aire esta

constituido por un 20% de Oxigeno y un 80% de Nitrógeno, aunque normalmente

el nitrógeno pasa a través del proceso de combustión sin verse afectado, la

mezcla de combustible y aire se encenderá en el momento preciso y se consumirá

completamente a fin de lograr el mayor ahorro de combustible, idealmente el calor

y la presión generada durante la combustión se convertirán totalmente en energía

mecánica transmitiendo el máximo de poder al pistón, la combustión interna ideal

será tan compleja que todos los hidrocarburos disponibles se combinaran con los

oxígenos para formar compuestos inofensivos de H2O (agua) mientras que los

carbonos residuales se combinaran con el oxigeno restante para formar CO2

(Bióxido de carbono) y ya que el agua y el bióxido de carbono son productos

relativamente inofensivos para el medio ambiente este motor de combustión

interna ideal generara también un control ideal de emisiones, por todo ello, el

motor de combustión interna ideal generara constantemente un ahorro de

combustible ideal, un máximo de poder y un control ideal de las emisiones.

En un motor de combustión interna real, en cambio, la mezcla de aire y

combustible nunca es perfecta en todas sus condiciones y aunque en cierto

momento se proporcione la proporción ideal también esta cambiara, por ello la

combustión nunca es 100% eficiente algunos de los hidrocarburos, por ejemplo,

permanecerán sin consumirse pasando hacia afuera de la cámara en forma de

combustible HC y serán expulsados como productos dañinos, cierta parte del

oxigeno también permanecerá sin haberse consumido y junto con los

hidrocarburos no consumidos o solo parcialmente consumidos, formara monóxido

de carbono (CO) que es también una emisión dañina. Cuando la cámara de

combustión se calienta excesivamente, alrededor de 1300°C, entonces partes del

nitrógeno que tenía que haber pasado por la cámara sin ser afectado, formara

óxidos de nitrógeno con el oxigeno restante (NOx) que constituyen la mayor parte

31

del smog, por tanto, los motores de combustión interna reales siempre implican

dificultades entre los tres elementos de la combustión: Potencia, Ahorro de

combustible y Control de Emisiones.

2.9 CÁMARA DE COMBUSTIÓN

La cavidad que se encuentra en la parte superior del cilindro constituye la

cámara de combustión. La forma de la cámara determina el funcionamiento del

motor, el tipo de combustible que necesita y la cantidad que quemará por cada

caballo de fuerza producido, así como el volumen de contaminantes que saldrá

por el tubo de escape.

Una cámara de combustión eficiente debe reunir ciertos requisitos: ser pequeña

para reducir al mínimo la superficie que absorbe calor al inflamarse el combustible;

no tener rincones o grietas que causen combustión espontanea o cascabeleo;

permitir la entrada de la mezcla de aire y gasolina y la salida de los gases

quemados. Por otra parte, debe tener espacio disponible para la bujía, la cual se

debe colocar en el centro con el fin de reducir el tiempo necesario para que se

inflame toda la gasolina, puesto que la velocidad con la que avanza la llama de la

combustión en la cámara está limitada. Además, la cámara debe trabajar 50 o más

veces por segundo.

La forma ideal de la cámara de combustión seria esférica con una bujía en el

centro, lo cual permitiría la combustión uniforme en todas direcciones, en un

espacio mínimo, pero no serviría para un motor de trabajo pesado.

Para que el rendimiento de un motor sea óptimo, la cámara hemisférica es la mas

conveniente, aunque su fabricación es costosa porque necesita bien dos arboles

de levas en la cabeza, bien un sistema muy complejo de balancines y varillas para

poder accionar las válvulas que están en posición oblicua en lugar de vertical. Las

cámaras de tina, de cuña, de expulsión y la situada en la cabeza del pistón son las

mas comunes.

En la cámara de combustión de tina las válvulas de admisión y de escape están

juntas en la parte inferior de una tina invertida, y las acciona un árbol de levas

32

sencillo o una hilera sencilla de balancines. La bujía está en la parte lateral de la

tina y forma así una cámara reducida y eficiente.

La cámara de cuña tiene un corte en uno de los lados de la tina, y en la parte

superior, inclinada, están las válvulas colocadas paralelamente, lo que hace que

se abran con facilidad.

La cámara de expulsión se parece a la de cuña, pero tiene los vértices

redondeados y una superficie plana que expulsa a chorros los gases hacia la

cámara de combustión cuando sube el pistón. Este tipo de cámara hace que la

mezcla forme remolinos y se distribuya así uniformemente, aunque también la

enfría, y esto causa excesiva contaminación.

A continuación podremos observar los distintos tipos de cámaras que pueden

encontrarse y su respectivo uso y características principales:

La cámara de combustión hemisférica tiene suficiente espacio para lumbreras

de admisión y escape de gran tamaño, que sirven para que el motor tenga un

máximo de entrada y salida de gases en cada cilindro, lo cual produce gran

potencia cuando el motor esta muy revolucionado. La bujía, colocada en el centro,

inflama toda la gasolina en el menor tiempo posible. Fig. 18 [3]

Válvula de

escape Válvula de

admisión Bují

a

Lumbrera

de

escape Lumbrera

de admisión

Cámara de

combustión

Pistó

n

Cámara

hemisférica

Fig.18

CAMARA HEMISFÉRICA

33

La cámara de combustión de tina tiene la forma de una tina invertida con

las válvulas en la parte inferior de la misma. Puesto que las válvulas se pueden

colocar en una sola hilera, el mecanismo quelas hace funcionar es muy sencillo.

La forma alargada y ovalada de la tina controla la turbulencia excesiva, y las

paredes lisas por donde sube el pistón hasta su tope hacen que se produzcan los

chorros necesarios para que la mezcla forme remolinos. Los cilindros de gran

diámetro y las cortas carreras del pistón de los motores modernos hacen posible el

uso de válvulas grandes para lograr el paso adecuado de los gases. Fig.19 [3]

La cámara de combustión de cuña es mas bien reducida. El corto

recorrido de la llama (que va desde la bujía hasta el punto mas distante de la

cámara) reduce la propensión a la pre ignición o cascabeleo. La explosión produce

remolinos turbulentos cuando el pistón expulsa la mezcla de la zona más estrecha.

La turbulencia mantiene la gasolina y el aire bien mezclados de principio a fin para

que haya combustión uniforme. La expulsión también enfría la mezcla que está en

las esquinas y reduce los puntos calientes que causan pre ignición. Fig. 20 [3]

Cámara de tina Fig.19

CAMARA DE TINA

34

La cámara de combustión situada en la cabeza del pistón la tienen los

motores diesel para camión y algunos motores de gasolina para autos europeos.

La ventaja que representaría fabricar una cabeza con superficie plana desaparece

al elevarse el costo de fabricación de este tipo de pistones y al aumentar el peso

de estos. Fig. 21 [3]

Fig.20

CAMARA DE CUÑA

Fig.21

CAMARA DE COMBUSTION

EN LA CABEZA DEL PISTON

35

2.10 SISTEMA DE IGNICIÓN

Está conformado por principalmente bujías que es un electrodo el cual

genera un arco eléctrico (chispa) y enciende la mezcla de aire-combustible, para

generar este arco se necesita un voltaje muy elevado el cual es producido por las

bobinas.

2.11 SISTEMA DE ENFRIAMIENTO

Dado que la combustión produce calor, todos los motores deben disponer

de un sistema de refrigeración. Algunos motores estacionarios de automóviles y

de aviones y motores fuera de borda se refrigeran con aire. Los cilindros de los

motores que utilizan este sistema cuentan en el exterior con un conjunto de

láminas de metal que emiten el calor producido dentro del cilindro. En otros

motores se utiliza refrigeración por agua, lo que implica que los cilindros se

encuentran dentro de una carcasa llena de agua que en los automóviles se hace

circular mediante una bomba. El agua se refrigera al pasar por las láminas de un

radiador. Es importante que el liquido que se usa para enfriar el motor no sea

simplemente agua porque los motores de combustión trabajan regularmente a

temperaturas más altas que la temperatura de ebullición del agua, esto provoca

una alta presión en el sistema de enfriamiento dando lugar a fallas en los

empaques y sellos de agua, así como en el radiador; se usa un refrigerante

anticongelante pues no hierve a la misma temperatura que el agua, si no a mas

alta temperatura (aproximadamente 120°C), tampoco se congelara a temperaturas

muy bajas.

Otra razón por la cual se debe usar un anticongelante es que este no produce

sarro ni sedimentos que se adhieren en las paredes del motor y del radiador

formando una capa aislante que disminuirá la capacidad de enfriamiento del

sistema.

La eficiencia de los motores Otto de cuatro tiempos se ve limitada por varios

factores, entre otros la perdida de energía por la fricción y la refrigeración.

En general la eficiencia de un motor de este tipo depende del grado de

compresión. Esta proporción suele ser de 8 a 1 (generalmente para motores

36

turbocargados) o 10 a 1(generalmente para motores con aspiración natural) en la

mayoría de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores,

como de 12 a 1, aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere

la utilización de combustibles de alto índice de octano. La eficiencia media de un

buen motor Otto es de un 20 a un 25%: solo la cuarta parte de la energía calorífica

se transforma en energía mecánica.

2.12 SISTEMA DE ESCAPE

Otro sistema que proporciona un soporte secundario a la combustión es el

sistema de escape, su función principal es proporcionar un paso sin obstrucciones

para expulsar los derivados de la combustión e incluso tratar esos derivados a

través de un proceso de conversión catalítica que actúa como si fuera una

“segunda cámara de combustión” el sistema de escape también reduce el ruido

que es el resultado natural de la combustión.

37

Capítulo III “Resultados de la investigación”

Para poder comenzar con el armado del motor en conjunto se requiere

contar con todas las piezas que forman parte del mismo de acuerdo a las

especificaciones del fabricante en óptimas condiciones, para este trabajo de

investigación se consiguieron algunas piezas alternativas debido a que había

faltantes y no era posible conseguirlas, ese fue el mayor reto al que nos

enfrentamos para la realización de este proyecto pues estos faltantes los cubrimos

con piezas que no correspondían a ese tipo de modelo de motor en especial

desarrollando una serie de adaptaciones que trajeron como consecuencia varios

imprevistos que sobre la marcha pudimos resolver, tales como:

Culatas de motor

Aquí tuvimos el contratiempo de que las culatas no correspondían al

modelo original del motor 335in3 por lo tanto no sellaba por completo y teníamos

filtraciones de agua de los conductos de refrigeración hacia los cilindros del

monoblock y fugas hacia el exterior del motor, las acciones que realizamos fueron

el fabricar nuevas juntas con molde de las originales que deberían llevar pero

cuidando que quedaran tapados los lugares donde se presentaban las fugas y

filtraciones con un silicón especial llamado formajuntex lo amoldamos a las zonas

de fuga y dejamos secar por unas horas y con ello solucionamos el problema.

Juntas en general

Como comentamos con anterioridad el motor fue el resultado de un

ensamble de varias piezas de motores de características similares pero con una

que otra variación en su estructura por lo que a la hora de realizar el armado

tuvimos que hacer una serie de adaptaciones al kit de juntas que teníamos desde

un principio y en otros lados como en los múltiples de escape no pudimos utilizar los

que teníamos y se adquirieron las correspondientes por separado.

38

El armazón o chasis

La base de herrería con la que contamos para depositar nuestro motor

terminado, ha sido desarrollada especialmente y por lo tanto cuando quisimos

dejar en su lugar los soportes y bases nos encontramos con que los agujeros para

que los tornillos sujeten quedaban poco corridos de su lugar por lo que

procedimos a hacer ajustes en la base y sobre todo el lugar del alternador sufrió

una modificación en su base apoyo pues la anterior se había desoldado y fue

necesario encontrarle una mejor posición para que no existieran vibraciones que

pusieran en riesgo que la banda de accesorios se escapara de su lugar.

El instrumental de medición

El panel de instrumentos fue habilitado para poder tener un control del

comportamiento del motor durante su trabajo y monitorear su temperatura, el

porcentaje de combustible con el que se cuenta y la carga de la batería con la que

se alimenta

Las conexiones eléctricas

Las conexiones del instrumental de medición así como la alimentación de

corriente del motor se tuvo que llevar a cabo para que el motor trabajara

eficientemente se reemplazaron los cables de las bujías y pusieron terminales

eléctricas en cada uno de los cables para tener una mejor presentación del motor.

Líneas de combustible y refrigeración.

Las mangueras de combustible así como las encargadas de transportar

agua a través del sistema fueron reemplazadas por nuevas para evitar fugar

innecesarias dado que las anteriores ya presentabas un deterioro considerable y

ponían en riesgo el funcionamiento posterior de nuestro motor.

39

Falta de herramienta especializada para el armado

Cabe hacer mención que el laboratorio de IME nos facilito el uso de

herramientas comunes como lo son dados, llaves, desarmadores y extensiones

pero al no contar con herramienta especializada como torques, expansor de

anillos y arco levanta válvulas, nos vimos en la necesidad de traerlas de un taller

mecánico automotriz que con mucho gusto nos facilito estas para poder

desarrollar este proyecto.

De manera necesaria se expone la disposición al trabajo colaborativo de los

compañeros alumnos de servicio social quienes en todo momento manifestaron

actitud de disposición, apoyo, atención y entendimiento, estando siempre prestos

al trabajo necesario e indicado.

Una vez revisada la información teórica y reconocida cada tipo de pieza y su

funcionamiento, se elabora un borrador de manual para usarlo en el paso a paso

de la parte práctica del armado del motor.

El borrador elaborado del procedimiento se va validado al comprobar que

realmente indica la secuencia coherente y completa del proceso cuando se

obtiene el motor funcionando correctamente, para proceder finalmente a escribir el

procedimiento o guía de armado del motor y su puesta en marcha.

40

CAPITULO IV “ARMADO DE MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA V8 335 in3”

I. ARMADO DE BLOQUE DE CILINDROS (MONOBLOCK) Y MONTAJE DEL

CIGÜEÑAL.

1. Asegurar que el bloque de cilindros esté bien limpio.

2. Seleccionar los cojinetes principales correctos.

3. Instalar los cojinetes principales en el bloque y lubricarlos.

4. Colocar el cigüeñal dentro del bloque de cilindros.

5. Instalar las arandelas de empuje o metal de centro de carrete.

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

41

6. Limpiar y lubricar todos los pernos de tapa.

7. Instalar todas las tapas de cojinetes principales.

Apretar alternadamente los pernos en dos pasos,

Paso 1: 27 N·m (20 lbs. pie).

Paso 2: Girar los pernos de las tapas principales 90° adicionales.

8. Medir el juego longitudinal del cigüeñal.

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

42

9. Instalar árbol de levas previamente lubricado.

10. Instalar el mecanismo de impulsión de distribución respetando las marcas

que se observan.

Instalar la tapa de la caja de la cadena de distribución.

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

43

11. Instalar la junta principal trasera y el retenedor.

II. INSTALACION DE LOS SEGMENTOS DE PISTÓN Y BIELAS.

A) AJUSTE DEL SEGMENTO DE PISTÓN O ANILLO

1. Verificar la separación entre los extremos de segmentos

NOTA: La medición de la separación entre los extremos del segmento debe

efectuarse con el segmento colocado por lo menos a 0.012 mm (0,50 pulg.) de la

parte inferior del hueco del cilindro.

2. Limpiar el hueco del cilindro.

3. Insertar el segmento en el hueco del cilindro.

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

44

4. Presionar con un pistón el segmento hacia abajo para asegurarse de que

calce a escuadra en el hueco.

5. Verificar la separación entre los extremos de segmentos con un calibrador

de espesor y si no cumple con la holgura del cilindro, de 0.008 a 0.010 mm,

reemplazar los segmentos.

b) MEDICION DE LA SEPARACION LATERAL DEL SEGMENTO

1. Asegurar que las ranuras de los segmentos no tengan mellas ni rebabas.

2. Medir la holgura lateral del segmento como se muestra en la figura y

asegurarse de que el calibrador de espesor (1) calce ajustado entre el reborde del

segmento y el calibrador.

3. Hacer girar el segmento alrededor del pistón. El segmento tiene que girar

libremente en la ranura sin atorarse.

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

45

CUADRO DE ESPECIFICACIONES DE SEGMENTOS

Posición del

segmento

Segmento/Ranura Máximo

Holgura lateral Holgura

Segmento

superior

0,002-0,007mm

(0,0008-0,0028 in.)

0,011 mm

(0,004 in.)

Segmento

intermedio

0,002-0,006 mm

(0,0008-0,0023 in.)

0,010 mm

(0,004in.)

Separación entre los

extremos del segmento

Límite de desgaste

Segmento

superior

0,23-0,38 mm

(0,0090-0,0149 in.)

0,43 mm

(0,017 in.)

Segmento

intermedio

0,35-0,60 mm

(0,0137-0,0236 in.)

0,74 mm

(0,029 in.)

Anillo de control

de aceite

0,015-0,66 mm 0,76 mm

46

C) INSTALACION DE SEGMENTOS O ANILLOS DE ACEITE

1. Asegurar que el segmento nº 2 se instala con la marca de identificación del

fabricante (punto) mirando hacia arriba, en dirección a la parte superior del pistón.

Los segmentos nº 1 y nº 2 tienen un corte transversal diferente.

2. Instalar los segmentos en el orden siguiente:

1) Expansor de anillo de aceite.

1.1 Instalar el expansor del anillo de aceite.

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

47

2) Larguero lateral del anillo de aceite inferior.

2.1 Instalar el larguero lateral inferior colocando un extremo entre la ranura

del segmento y el aro expansor. Sostener firmemente el extremo y presionar hacia

abajo la porción a instalar hasta que el larguero lateral esté emplazado.

3) Larguero lateral del anillo de aceite superior.

3.1 Instalar el larguero lateral superior colocando un extremo entre la ranura

del segmento y el aro expansor. Sostener firmemente el extremo y presionar hacia

abajo la porción a instalar hasta que el larguero lateral esté emplazado.

4) Segmento intermedio nº 2.

4.1 Instalar el segmento intermedio nº 2 utilizando un instalador de

segmentos (expansor de anillos).

5) Segmento superior nº 1.

5.1 Instalar el segmento superior nº 1 utilizando un instalador de segmentos

(expansor de anillos).

El escalonamiento de la separación entre los extremos del anillo es importante

para el control de aceite. La colocación de los segmentos se realizara de tal forma

que la separación quede como se ve en la Figura, cuando el pistón se ve desde la

parte superior.

La orientación de los segmentos se debe realizar en forma alternada para evitar

un paso de aceite excesivo y producir humo en el motor.

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

48

Colocar al expansor de aceite de forma que la separación del anillo quede

en la posición (1,3,5).

Colocar los largueros del anillo de aceite de forma que la separación del

anillo quede en la posición (2,4).

Colocar el segundo anillo de compresión de forma que la separación del

anillo quede en la posición (1, 3,5).

Colocar la compresión superior de forma que la separación del anillo quede

en la posición (1, 3,5).

IV. MONTAJE DE LOS CONJUNTOS DE BIELA Y PISTÓN EN LOS HUECOS

DEL BLOQUE DE CILINDROS.

1. Sumergir la cabeza de pistón con los segmentos en aceite de motor limpio.

2. Colocar un compresor de segmentos sobre los segmentos y el pistón,

apretando el compresor de segmentos.

NOTA: Asegurarse de que la posición de los segmentos no se modifique

durante esta operación.

3. Colocar el cojinete sobre la biela y lubricar la superficie del cojinete con aceite

de motor limpio.

4. Verificar que las guías de biela y las roscas de los pernos de biela estén en

óptimas condiciones.

5. Los pistones están marcados en la superficie del hueco del perno de pistón

con una F en relieve, o una flecha en la parte superior del pistón, que indica la

posición de instalación.

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

49

Esta marca debe orientarse hacia la parte delantera del motor en ambas hileras de

cilindro.

6. Limpiar con un trapo el hueco del cilindro y lubricar con aceite de motor

limpio.

7. Girar el cigüeñal hasta que la tapa de la biela llegue al centro del hueco de

cilindro.

8. Insertar el pistón y biela en el hueco del cilindro y colocar con cuidado las

guías de biela sobre la tapa de chumacera del cigüeñal.

9. Golpear el pistón hacia abajo en el hueco del cilindro mediante una

empuñadura de martillo. Al mismo tiempo, hacer girar la biela en posición en la

tapa de chumacera del cigüeñal.

PRECAUCION: Los pernos de biela no deben volver a utilizarse. Reemplazar

siempre los pernos de la biela cada vez que se aflojen o se retiren.

10. Limpiar la tapa de biela e instalar el cojinete.

11. Lubricar con aceite de motor limpio e instalar los pernos de biela nuevos si

fueron reemplazados.

12. Lubricar las superficies de cojinete con aceite de motor limpio.

13. Apretar los pernos con una torsión aproximada de 21 N·m (15 lbs. pie) más

una vuelta de 90°.

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

50

14. Instalar el tubo captador de aceite.

15. Instalar la bomba de aceite con su junta de papel.

16. Instalar el colector de aceite/cárter.

V. INSPECCIÓN, MONTAJE DE CULATAS (CABEZAS) Y TAPAS DE CULATAS

A) INSPECCIÓN DE CULATA O CULATAS DE CILINDRO.

1. Inspeccionar si los asientos de válvula están dañados y realizar el servicio

de los asientos de válvula según sea necesario.

2. Medir las guías de válvula en tres lugares (1, 2, 3) de la figura para

determinar si hay desgaste.

3. Revisar si hay grietas u holgura y reemplace la culata de cilindros dadas

cualquiera de esas condiciones.

4. Revisar los vástagos de pistón. Reemplazar los que estén doblados o

desgastados

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

51

B) MONTAJE DE CULATAS DE MOTOR EN BLOQUE DE CILINDROS

1. Limpiar todas las superficies del bloque de cilindros y las culatas de

cilindros.

2. Limpiar las superficies de las juntas delantera y trasera del bloque de

cilindros con un disolvente apropiado.

PRECAUCION: Las juntas de culatas NO son intercambiables entre los lados

izquierdo y derecho.

3. Situar las juntas nuevas de las culatas de cilindros (5) en el bloque de

cilindros.

4. Situar las culatas de cilindros (4) en las juntas de culata (5) y el bloque de

cilindros.

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

52

5. Apretar los pernos de las culatas en tres pasos empleando la secuencia

provista en la figura.

Paso 1: Asentar los pernos interiores de culatas de cilindros en orden con una

torsión de 34 N·m (25 lbs. pie) y los pernos exteriores con 20 N·m (15 lbs. pie).

Paso 2: Apretar los pernos interiores de culatas de cilindros en orden con una

torsión de 54 N·m (40 lbs. pie) y comprobar que los pernos exteriores tengan una

torsión de 20 N·m (15 lbs. pie).

Paso 3: Apretar los pernos interiores de culatas de cilindros en orden 90 grados y

apretar los pernos exteriores con una torsión de 34 N·m (25 lbs. pie).

6. Instalar los conjuntos de vástago de empuje y balancín en sus posiciones

originales, utilizando la placa de retención de vástago de empuje

7. Repetir el procedimiento para la culata del lado opuesto.

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

53

8. Instalar el conjunto de múltiple de admisión y carburación con su junta

apretando los tornillos con una torsión de 25 N·m (18 lbs.pie)

9. Instalar las bujías. Si fuese necesario, ajustar las bujías a 0.035 mm

C) MONTAJE DE TAPAS DE CULATAS DE CILINDROS

1. Instalar las tapas de culata de cilindros con su junta y apretar de acuerdo al

orden mostrado en la figura.

2. Conectar las mangueras del calefactor.

3. Instalar el conducto de suministro de combustible y el sistema de

enfriamiento con abrazaderas para evitar fugas.

VI. INSTALACION DEL COLECTOR DE ESCAPE

Instalar el colector de escape con su respectiva junta y apretar los tornillos con

una torsión de 25 N·m (18 lbs.pie).

Propiedad de: DEALERCONNECT.COM

54

VII. COLOCACIÓN DEL DISCO VOLANTE O CREMALLERA

Colocar en la parte trasera del motor el disco volante o cremallera.

VIII. INSPECCIÓN PREVIA AL ARRANQUE

1. Abrir el tapón ubicado en la tapa de culata y agregar aceite

(aproximadamente 5 litros), comprobando que el nivel de aceite de motor en el

cárter sea el adecuado al observar que se cubran las marcas de medición de la

varilla indicadora.

2. Llenar el sistema de refrigeración con anticongelante.

3. Conectar los cables, cable negativo de un extremo al bloque de cilindros y

del otro a la batería y el cable positivo de un lado a la marcha y al switch y del otro

a la batería.

4. Agregar combustible en el depósito.

IX. PUESTA EN MARCHA DEL MOTOR

1. Poner en marcha el motor activando el switch

2. Comprobar si existen fugas.

3. Monitorear la temperatura de funcionamiento.

55

CONCLUSIONES

La importancia del armado y puesta en marcha de la máquina de combustión

interna con el apoyo tanto de la dirección, los profesores y sobre todo de

compañeros que colaboraron en este proyecto demuestra que es posible trabajar

en aplicaciones diversas que permitan explotar al máximo el potencial de los

estudiantes.

En la realización de la tarea estuvo presente un potencial investigativo, el mismo

se manifiesta a través de diferentes componentes, entre los que se encuentran: el

informativo, organizativo, formativo y humano expresados en la investigación

documental y el uso de informática, la posibilidad de ser gestor del

autoconocimiento al aprender haciendo y en el desarrollo de una mentalidad

científica que propició un trabajo más efectivo.

Durante el trabajo de investigación se propiciaron cualidades de independencia

para pensar y trabajar por sí mismo y lograr vencer los inconvenientes que

surgieron en el proceso investigativo; cualidades de iniciativa para buscar

diferentes alternativas de solución, valorarlas y tomar las decisiones más

adecuadas alcanzando valía en el actuar.

Existe por parte de los estudiantes de servicio social y el tesista un consenso

favorable sobre la realización de la tarea y los resultados obtenidos como una

forma de estimular el aprendizaje. Los resultados obtenidos han creado las bases

para plantearse empeños mayores en el proceso formativo con los estudiantes a

través del vínculo multidisciplinario. La experiencia obtenida puede ser extensiva

a otras asignaturas o disciplinas que conforman el currículo para la formación del

Ingeniero Mecánico, en las que se pueda complementar los cuatro pilares del

aprendizaje: saber conocer, saber hacer, saber ser y saber convivir. [6]

Es necesario poner de manifiesto la ventaja de la utilización de la red internet para

la realización de la tarea de investigación documental ya que representa un salto

cualitativo incuestionable.

56

El cumplimiento de los objetivos de la carrera de ingeniería mecánica y eléctrica

durante este trabajo se reflejan de acuerdo a:

El uso del conocimiento en materias básicas y tecnológicas y de los

principios de teoría de máquinas y mecanismos adaptadas a nuevas situaciones

que representaban un problema, demostró capacidad de resolver problemas con

iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y

transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en uno de los campos de la

Ingeniería.

La aplicación de habilidades para el análisis, diseño, simulación y

optimización de procesos y productos, capacidad para el manejo de

especificaciones, reglamentos y normas de obligado cumplimiento además de ser

capaz de organizar y coordinar o participar en equipos de trabajo.

El compromiso social, al habilitar un recurso que puede ser interesante para

ser usado por otros motivado por el espíritu de servicio. [1]

Cabe mencionar que el motor ya en funcionamiento puede tener un sinfín de

utilidades que sin duda alguna pueden beneficiar a la facultad y que podrían a su

vez apoyar a otros alumnos en un nuevo proyecto de tesis o trabajo

extracurricular, podría utilizarse para implementar una planta de emergencia de

energía eléctrica que ayudaría a economizar en gastos de consumo de luz o

también acondicionarla y buscar nuevas fuentes de combustibles ya sean

químicas (diesel) o biológicas (biocombustibles).

57

BIBLIOGRAFÍA

[1] http://www.ingenieria.buap.mx/mecanica.html

[2] Candia, G.F. y Galindo L. V. El aprendizaje basado en proyectos un nuevo

reto

para incrementar el índice de egresados de un programa de estudios

en

ingeniería. 2010. BUAP, México. Articulo no publicado.

[3] Selecciones de Reader´s Digest, En marcha servicio y reparación de su

automóvil

1983. Reader´s Digest, México

[4] http://www.federalmogul.com

[5] www.dealerconnect.com

[6] www.cinterfor.org.uy/public