Motores diésel – Partes y funcionamiento

Desde que se crearon, los motores diésel se han empleado principalmente en el ámbito industrial y en los vehículos pesados. Esto se ha debido a características destacadas de esta clase de motor, entre ellas la dureza y el bajo consumo.

Aunque los motores de gasolina y los de diésel se usan para tareas similares, estos últimos se prefieren cuando es necesario más potencia. Ejemplo de ello son los motores para movilizar locomotoras, barcos, generadores de alta capacidad o vehículos de carga.

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El origen del motor diésel se remonta al año 1893, en manos de un obrero de una firma de camiones llamado Rudolf Diésel y de quien deriva su nombre. Este motor seguía los mismos ciclos de cuatro tiempos que los de gasolina. La idea era que tuviese un rendimiento térmico más eficiente, usando un combustible volátil alternativo.

Una vez que Bosch creara en 1927 la primera bomba inyectora para motores diésel, se había logrado el objetivo: Desarrollar un motor de combustión interna que tuviese un consumo muchísimo más bajo. Además, era más económico, presentaba un valor de compresión superior y podía trabajar entre 700 y 900 ºC.

Que son los motores diésel?

Los motores diésel son máquinas térmicas que trabajan por combustión interna alternativa. La combustión es el producto de la auto-ignición que sufre el combustible a causa de los altos niveles de temperatura que genera la elevada relación de compresión que posee. El ciclo que cumple para su funcionamiento se conoce como ciclo Diésel.

Varía con respecto a un motor de gasolina en el tipo de combustible que emplea, a saber gas-oil, gasóleo o aceites pesados productos del petróleo. También puede utilizar acetites naturales, como el de girasol. De hecho, el combustible que se usó inicialmente para poner a trabajar el motor diésel fue el aceite de cacahuate.

Partes de los motores diésel

Un motor diésel que opera en cuatro tiempos tiene básicamente los mismos componentes que el motor de gasolina. Entre los elementos que lo conforman están: Los segmentos, el bloque del motor, la culata, el cigüeñal, el volante, los pistones, el árbol de levas y el cárter.

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Por otro lado, las piezas que se mencionan a continuación son comunes en ambos motores (a excepción de toberas y bujías de precalentamiento), pero pueden tener un diseño y prestaciones variables. Estas son: La bomba inyectora, mecánica o eléctrica; los ductos, los inyectores (mecánicos, electro-hidráulicos o piezoeléctricos); la bomba de trasferencia, las toberas y las bujías de precalentamiento.

En los motores diésel no se encuentran las bujías debido a que la explosión se logra por compresión y no por una chispa. Como estos motores tienen más compresión que los de gasolina, sus elementos deben ser robustos y resistentes para soportar las presiones. En ocasiones pueden presentar unos elementos que también se les llama bujías, pero son simples calentadores añadidos a la compresión de aire, no producen ninguna chispa.

  • Segmentos: Se trata de piezas en forma de circular y auto tensadas que se colocan en las ranuras del pistón. Sirven de cerradura hermética móvil entre el cárter del cigüeñal y la cámara de combustión. Evitan que haya pérdidas de aceite cuando este pasa a la cámara de combustión., al mismo tiempo que dejan una capa fina de aceite lubricante en las paredes de la camisa.
  • Bloque del motor: Es una estructura en donde se colocan el resto de las piezas, tales como: Cigüeñal, árbol de levas, entre otras. Tiene abertura en donde se colocan los cilindros, las varillas de empuje de válvulas, conductos del anticongelante, los ejes de levas y los apoyos de cojinetes de bancada. También cuenta con unos taladros en la parte de arriba en los que se sujetan las juntas de la culata.
  • Culata: Es la pieza que cierra cada cilindro en la parte superior. Son soporte para otros componentes como: Balancines, válvulas, inyectores, etc.
  • Cigüeñal: Son un conjunto de manivelas pequeñas, una por cada pistón. Su trabajo es convertir el movimiento lineal en un movimiento giratorio. Está ubicado sobre los cojinetes principales del bloque del motor.
  • Pistones: Son estructuras que se mueven de arriba hacia abajo, siendo elementos fundamentales del motor. Poseen de 2 a 4 segmentos. El segmento superior es de compresión y el inferior de engrase.
  • Árbol de levas: Es el eje giratorio que se encarga de mover unas levas y permite distribuir el movimiento sincronizado en el motor.
  • Cárter: Conocido también como sumidero, es el componente que cierra el bloque del motor y donde está alojado la gran parte del aceite. Rodea al cigüeñal principalmente.
  • Bomba inyectora: Dispositivo que eleva la presión del combustible en el sistema de inyección hasta un nivel elevado. Cuando es inyectado, entra pulverizado a la cámara para producir la inflamación espontánea. Distribuye además el combustible a los cilindros en el orden adecuado de funcionamiento.
  • Bomba de transferencia: Es la que alimenta de forma constante la bomba inyectora, usando una presión especifica.
  • Toberas: Están encargados de introducir el gasoil pulverizado dentro de la cámara de combustión. Están conformadas por un conjunto pistón/cilindro. Hacia el extremo del cilindro posee un agujero súper fino por el que se expulsa el combustible a presión elevada.
  • Bujías de precalentamiento: Es un elemento que se usa para ayudar al motor diésel a arrancar. Algunos de estos motores, en condiciones de frio, tienen dificultades en el arranque. Las bujías de precalentamiento dirigen calor hacia el bloque alrededor de los cilindros.

Como funcionan los motores diésel?

El funcionamiento de un motor diésel es el mismo que el de cualquier motor de combustión interna térmico. Presenta autoencendido debido a las elevadas temperaturas que ofrece la compresión del aire dentro del cilindro. Varían con relación a los de gasolina al no requerir de una chispa para que enciendan. Las bujías incandescentes que suben la temperatura de la cámara mejora el arranque en frío y se aprovecha el calor al alcanzar la temperatura óptima.

El ciclo de cuatro tiempo en motores diésel

  1. Admisión: En el primer tiempo de funcionamiento ocurre el llenado de aire. La válvula de admisión se mantiene abierta a medida que el pistón va bajando hacia su punto muerto inferior. Siempre se permite la entrada de la cantidad total de aire, indistintamente de la condición de carga. Cuanto más fresco esté, menor densidad y mayor cantidad entrará, haciendo que aumente la combustión.
  2. Compresión: Se cierra la válvula de admisión una vez que el pistón llega a su punto muerto inferior y empieza a subir hasta el superior, a la vez que contrae el aire que está dentro del cilindro. La relación es de aproximadamente 18:1 y en este momento la temperatura se eleva de forma significativa.
  3. Combustión: Poco tiempo antes de que el pistón alcance el punto muerto superior, un inyector atomiza combustible en la cámara. El combustible se inflama inmediatamente cuando entra en contacto con el aire que está caliente. Como se puede notar, no se necesita de la chispa que produce la bujía, con el calor que esta trasmite es suficiente.
  4. Escape: La temperatura elevada genera presión, impulsando al pistón con fuerza hacia abajo. Parte de la energía que aquí se produce se emplea después para que regrese al punto muerto inferior. Los gases quemados se expulsan, dejando que comience el ciclo por efecto de la inercia.

Ventajas del motor diésel

El combustible que se emplea para el funcionamiento de los motores diésel (gasóleo o gas-oil) siempre se ha considerado más barato y con más rendimiento que la gasolina. Sin embargo, cuando se habla de precios, no se debe pasar por alto que los vehículos que emplean estos motores son más costosos al momento de adquirirlos y también caros de mantener.

Aun así y a pesar del grado de contaminación, siempre mayor con motores diésel, se han desarrollado más tecnologías en torno a estos que en el caso de los de gasolina. Es por ello que tienen más salida y sus ventas han aumentado al punto de superarlos.

Es aconsejable adquirir un vehículo automotor diésel cuando se tiene pensado recorrer muchos kilómetros. De esta forma la diferencia en el gasto de combustible compensará, además de ser más duraderos y tienen menos desgaste cuando circulan a pocas revoluciones. A continuación se resumen las ventajas más importantes de usar un motor diésel.

  • Durabilidad y larga vida: Esta es la más importante de las ventajas de los motores impulsados por gasóleo. Como el proceso de combustión es por compresión de aire, esto se traduce en que tienen menos desgaste de las partes y soportan más kilometraje, comparándolos con los de gasolina.
  • Fiabilidad: Desde sus inicios a finales del siglo XIX, el motor diésel ha sido adoptado por máquinas de trabajo pesado y duro. Su trayectoria en este ámbito le ha proporcionado fama, haciéndolo fiable, en especial por su sencillez: No requiere bujías, cables, distribuidor, rotores, etc. El principio de funcionamiento se ha mantenido y sus escasas pero resistentes piezas, comparándolas a las de un motor de gasolina, lo alcen más confiable frente al usuario.
  • Economía: Otra gran ventaja es que esta clase de motor es capaz de rodar hasta más del doble de distancia que el motor de gasolina, consumiendo la misma cantidad de combustible. La razón es porque el diésel es más denso que la gasolina y consecuentemente ahorra hasta un 30% del consumo.
  • Capacidad de arrastre: El motor diésel genera menos torsión mecánica, conocida como torque, por las revoluciones bajas que produce. Como resultado hay aumento de efectividad y de capacidad para cargar o arrastrar.

Desventajas de los motores diésel

Aunque el motor diésel es muy confiable y su uso implica menos gastos en combustible, hay algunas desventajas que deben valorarse.

  • Precio: Desde tiempos históricos el motor diésel es mucho más caro comparado con el de gasolina. Aunque se puede balancear este gasto con el ahorro en combustible, la diferencia del costo inicial sigue siendo considerable.
  • Mantenimiento: Este tipo de motor necesita cuidados periódicos más frecuentes que cualquier otro tipo. Si no se hace un mantenimiento regular, llegan a ser muy contaminantes.
  • Peso: Un motor diésel es muchísimo más pesado que el de gasolina, pero a este aspecto no se le da tanta relevancia por la relación peso/potencia que tienen estos vehículos.
  • Velocidad: Son motores menos veloces, aunque los avances tecnológicos actuales han logrado que estos generen velocidades semejantes a los que usan gasolina.
  • Reparaciones: Existen menos probabilidades de cambiar piezas por la tecnología, durabilidad y la frecuencia en el mantenimiento. Aun así, en caso de cambios y reparaciones, la mano de obra es más costosa, al igual que las partes y los repuestos.
  • Ruido: A pesar de los avances logrados en esta clase de motor, estos continúan siendo más ruidosos que los motores de gasolina.