32º Circuito de Lubricación (MCIA) (2ºParte)

Esquema de lubricación ABB

1-Componentes de los circuitos de engrase:

1.1-Cárter

1.2-Bomba de aceite

1.2.1-De engranajes

1.2.2-De rótor excéntrico

1.2.3-De paletas

1.3-Válvula de descarga

1.4-Filtro

1.5-Refrigerador de aceite 

1.5.1-Radiador (aire-aceite)

1.5.2-Intercambiador agua-aceite

1.6-Manocontacto

1.7-Manómetro

1.8-Sistemas de medición de nivel

1.8.1-Varilla

1.8.2-Ojo de buey

1.8.3-Medición electrónica

1.9-Conductos del sistema de lubricación

1.10-Ventilación del sistema de lubricación

1.11- Depuradora

2-Tipos de circuitos de Lubricación

2.1-Circuito de lubricación a alta presión para cárter húmedo

2.2-Circuito de lubricación a alta presión por cárter seco

3-Bibliografía

 


 

1-Componentes de los circuitos de engrase:

En este punto se procederá a la descripción de los elementos más reseñables que intervienen en un circuito de lubricación de un motor.

1.1-Cárter

Es el elemento que cierra el bloque, de forma estanca, por la parte inferior, el cárter superior soporta al cigüeñal y constituye la estructura resistente a la que se unen los cilindros y los demás órganos mecánicos; además incorpora las pestañas o anclajes para la sujeción del motor a la bancada.

Existen dos tipos de cárter:

  • Cárter Húmedo: este tipo de cárter actúa a modo de bandeja donde cae el lubricante y su función principal es contener el aceite para la lubricación del motor. En el fondo de este cárter se instala una bomba de aspiración de aceite que se describirá más adelante,este se encarga de bombear el lubricante a todas las piezas del motor que requieren lubricación a presión positiva, especialmente cojinetes del cigüeñal. 

carter

  • Cárter Seco: a diferencia del cárter húmedo,donde el aceite se acumula en propio cárter,en este  diseño el aceite se acumula en un depósito a parte.

carter secocarter (2)

1.2-Bomba de aceite

La bomba de aceite es el corazón del sistema de lubricación, tiene como función succionar el aceite del cárter en el caso de un cárter húmedo o del depósito de aceite en el caso de un cárter seco e impulsarlo a través de un filtro y unos enfriadores, garantizando un caudal de aceite superior al necesario y a una presión adecuada, la cual, está limitada por un regulador.
Para el buen funcionamiento es necesario un constante suministro de aceite para enfriar y lubricar los cojinetes,una falta de aceite en el motor conlleva a la destrucción sin remedio de sus elementos mecánicos.

esquemas de bombas de aceite

1.2.1-De engranajes

Está constituida por dos piñones idénticos engranados entre si. Los dientes pueden ser rectos o helicoidales, dando estos últimos un funcionamiento más silencioso. Los piñones giran en una cámara adecuada en el cuerpo de la bomba. En el movimiento circular de los piñones, el aceite es transportado desde la cámara de aspiración hasta la de expulsión, en los huecos existentes entre cada uno de los dientes consecutivos de cada piñon y la pared de la carcasa de la bomba. Al disminuir el volumen de aceite en la cámara de aspiración, se crea en él un vacío que se encarga de aspirar el aceite del cárter o del depósito de aceite en caso de cárter seco.

bomba de engranajesEn la cámara de salida ocurre lo contrario, el volumen de aceite que va ingresando, al no tener posibilidad de pasar entre los dientes engranados de los piñones, es expulsado hacia el circuito.


bomba de aceite acoplada

Vídeo explicativo del funcionamiento de la bomba de engranajes:

1.2.2-De rótor excéntrico

Este sistema de bomba es el más común en motores y se componen de dos piezas principales; un rotor interno  y uno externo montados excéntricamente entre si. Al girar va formando cámaras que se abren en la zona de carga, creando un vacío que llena el líquido, y que se cierran en la descarga, presionando el líquido hacia la salida.

Bomba de rotor excentrico

Bomba de rótor excéntrico de engranajes internos.

Este tipo de bombas entregan un flujo constante a pesar de variaciones en la presión, la viscosidad o el desgaste. También pueden funcionar algunos minutos en seco, e incluso vaciar la cañerías gracias a su efecto compresor y su gran dureza.

boomba de rotor excentrico

La duración de los rotores generalmente es duradera y  la tolerancia entre rotores es permisiva hasta una holgura de 0.15mm aprox como límite.

Vídeo explicativo del funcionamiento de la bomba de rótor excéntrico: 

 

1.2.3-De paletas

Las bombas de paletas cuentan con un conjunto de aletas con cinemática radial, el rotor es un cilindro hueco con ranuras radiales en las que oscilan o deslizan las aletas y está colocado de forma excéntrica respecto al eje del cuerpo de la bomba. Las aletas realizan durante la rotación del rotor movimientos alternativos  respecto al rotor.

bomba de paletas

1. Entrada a la bomba de paletas
2. Salida de la bomba de paletas
3. Cuerpo de la bomba de paletas
4. Distancia entre los dos ejes
5. Distancia máxima entre rotor y estator
6. Cámara de trabajo
7. Espesor de las paletas
8. Diámetro del rotor
9.Diámetro del estator

 

Nota:Este tipo de bombas es poco usada en sistemas de lubricación.

 

Vídeo explicativo del funcionamiento de la bomba de paletas: 

1.3-Válvula de descarga

Debido a que el caudal de una bomba depende del diseño y de la velocidad de giro, esta última varía según el régimen de trabajo del motor que la acciona. Por ello el diseño de la bomba está dirigido a que a partir de medio régimen, el flujo de aceite sea superior al necesario y se produzca un aumento de presión en el circuito, para liberar dicha presión y evitar daños en los elementos que intervienen en el circuito, se dispone de una válvula de descarga situada generalmente a la salida de la bomba.válvula de descarga2

La válvula de descarga tiene como función aliviar la presión de descarga cuando la presión supera un valor preestablecido, haciendo retornar parte del flujo de aceite al cárter o depósito de aceite.

 

válvula de descarga

 

1.4-Filtro

El filtro es el elemento encargado de retener las impurezas que contiene el lubricante (partículas superiores a 0.005 mm). El filtro contiene un cartucho de papel corrugado (en forma de acordeón) para aumentar la superficie de filtrado, este papel  está especial,ente diseñado para este uso, con una porosidad determinada y una gran resistencia a la degradación térmica que podría resultar debido a la circulación de aceite caliente.

filtro de aceite

Tipos de filtros de aceite:

  • Filtro de cartucho recambiable, se sustituye el cartucho.
  • Filtro monoblock, es el más utilizado en motores de gasolina, se sustituye el filtro entero.
  • Filtro Centrífugo, es un filtro enfocado a alta cilindrada que requieren un filtrado más perfecto

 

 

esquema de sistema de filtrado en serie y derivación

Esquema del sistema de filtrado en serie con derivación por válvula de descarga

En los buques se disponen de múltiples sistemas duplicados por cuestiones de seguridad de operación, como se ve en la siguiente imagen. En el caso de que uno de los filtros se vea colapsado por saturación del filtro en uso,por ejemplo el nº1, se podrá seleccionar el filtro nº2 sin tener que detener la lubricación, pudiendo así realizar el mantenimiento apropiado en el filtro nº1.

esquema de lubricación filtros

 

1.5-Refrigerador de aceite 

Cuando el cárter o el depósito de aceite no tiene la suficiente capacidad refrigeradora para mantener el aceite en parámetros de funcionamiento óptimos, se añade a la instalación un intercambiador de calor para favorecer la regulación de temperatura del circuito.

En los sistemas de refrigeración de aceite se suelen usar dos tipos:

  • Refrigeración del cárter
  • Radiador de aceite (aire-aceite)
  • Intercambiador de agua-aceite

 

1.5.1-Refrigeración del cárter

En los vehículos, se aprovecha el avance para hacer circular una corriente de aire por la superficie del cárter favoreciendo así la refrigeración del aceite depositado en él.

carterEl diseño del cárter está enfocado a disipar el calor de la forma más eficiente posible, para ello, el cárter es de poco grosor y puede disponer de aletas.

carter aletas

 

 

1.5.2-Radiador (aire-aceite)

Este sistema es más característico de vehículos ya que la corriente de aire generada por la marcha ayuda a disipar el calor de forma más eficaz, para controlar que la refrigeración no sea excesiva se dispone de una válvula termostática que regula el paso de aceite al radiador, manteniendo una temperatura siempre constante del aceite.

radiador de aceite

 

1.5.2-Intercambiador agua-aceite

El intercambiador de agua-aceite está conformado por unos conductos de acero inoxidable por los que circula el aceite, estos conductos están bañados por la parte externa de agua, en el caso de los buques agua destilada proveniente del mar.
Para saber saber más sobre el proceso de destilación de agua de mar en buques 14-Generador de agua destilada [Fresh Water Generator]

esquema de lubricación intercambiadoresComo se ha dicho en el punto anterior sobre la duplicidad de equipos en los buques, en el caso de los intercambiadores de calor sucede lo mismo.
En caso de mantenimiento se puede cambiar de intercambiador para mantener el circuito en funcionamiento gracias a su disposición en paralelo, por otro lado en caso de necesitar un aporte extra de refrigeración pueden abrirse ambos refrigeradores.
En el caso de este esquema no se dispone de una válvula termostática que regula el paso de fluido de aceite por el intercambiador, sino de una válvula de mariposa que estrangula el paso en función de la temperatura deseada.

1.6-Manocontácto

El manocontacto es un interruptor eléctrico instalado en el circuito de lubricación con el objetivo de controlar el funcionamiento de una lámpara indicadora de falta de presión de aceite en el circuito localizada en el cuadro de mando.

manocontacto-aceite

Como se puede apreciar en la imagen, cuando la presión es superior al punto de tarado (en este caso 0.7 bar) el muelle no hace contacto, si la presión del circuito disminuye por debajo de la presión de tarado del manocontacto, el muelle hace contacto y se enciende la lámpara de alarma por baja presión.

1.7-Manómetro

 La presión de lubricación se entiende por la presión a la que circula el aceite por la tubería general de engrase. Para conocer debemos instalar un  manómetro en el conducto principal, instrumento que tiene por objetivo mostrar la presión del circuito. 

                      Manómetro

Nota*:Hay que tener en cuenta que el aceite frío marca una presión mayor que el aceite caliente

1.8-Sistemas de medición de nivel

Los sistemas de medición de nivel son elementos  de control para proteger los componentes del sistema comprobando que el nivel de aceite está dentro de los márgenes estipulados por el fabricante.

1.8.1-Varilla

La varilla es el sistema de medición más adoptado en vehículos por su sencillez, esta va sumergida en el depósito de aceite o en el cárter y dispone dos marcas en la parte inferior que nos permite conocer el nivel de aceite por la comparación de la marca de aceite dejada en la denominada “área de nivel” con los valores mínimo y máximo de la varilla.

varilla de nivel 3

Para que la medida sea del todo fiable, la comprobación de nivel de aceite deberá realizarse con el motor parado, en superficie horizontal y con el motor caliente (esto facilitará observar el aceite en unas condiciones parecidas a las de funcionamiento).

varilla de nivel

Varilla de medición de un motor auxiliar marino

Vídeo ilustrativo de como realizar una medición de aceite:

 

1.8.2-Ojo de buey

El ojo de buey se instala en un lateral del depósito de aceite o cárter por el cual se puede observar el nivel de aceite directamente.ojo de buey 2 El ojo de buey dispone de unas marcas de referencia de máximo y mínimo nivel de aceite. Es usado en motocicletas por llevar el cárter a la vista, lo cual facilita la comprobación de nivel de una manera más limpia.

ojo de buey 1

1.8.3-Medición electrónica

Este sistema es poco utilizado en buques por las complicaciones del balance, por lo que su uso es más empleado en vehículos. Este sistema consiste en la instalación de un flotador o un elemento que mediante la variación de una resistencia reacciona ante la presencia de aceite. Estos datos se envían directamente al display electrónico o un reloj indicador del cuadro.

medicion electronica

1.9-Conductos del sistema de lubricación

El circuito de engrase tiene como objetivo lubricar las partes móviles y realizando una refrigeración por medio de la disipación de calor de las partes que friccionan, por ello es necesario un sistema de refrigeración de aceite (mencionadas en el punto 1.5). Para llevar el lubricante hasta dichas partes móviles, se dispone de una serie de conductos, latiguillos o racores.

Podemos distinguir entre conducciones externas e internas:

  • Las conducciones externas, se emplean en casos muy puntuales, por ejemplo la lubricación del turbocompresor o el intercambiador.

lubricación de turbocompresor

 

  • Las conducciones internas, son aquellas que lubrican los componentes internos, como cojinetes de cigüeñal, cabezas de biela o balancines.

 

sistema de lubricación1

          Circuito de lubricación con refrigerador de aceite y lubricación de                          turbocompresor.

 

 

 

 

 

 

engrase_ciguenal

                     Conductos internos de cojinetes y biela

 

refrigeración del piston

  Paso de lubricante del cojinete del cigüeñal a la       biela.

 

Nota*: La circulación del aceite a través de los conductos se describirán en el punto 2

1.10-Ventilación del sistema de lubricación 

Durante el funcionamiento del motor y durante los tiempos de compresión, explosión y escape, pasan, a través de los segmentos, pequeñas cantidades de combustible sin quemar, vapor de agua y otros productos residuales de la combustión. Estos vapores diluyen y producen la descomposición del aceite, perdiendo rápidamente sus características o propiedades lubricantes.

Además de estos vapores, el aceite produce otra serie de vapores procedentes de su oxidación debido a las altas temperaturas del motor. Todos estos vapores (combustible, vapores de agua y aceite) producen también sobrepresiones en la parte baja del motor, por lo que se hace necesario sacarlo fuera del cárter según se vayan produciendo.

Nota*:Los reglamentos de la lucha anti-polución obligan a los constructores a no enviar los vapores de aceite a la atmósfera.

Existen dos sistemas de ventilación aunque en la actualidad se emplea uno de ellos, la ventilación cerrada por los reglamentos anti-polución. Estos sistemas son:

  • Ventilación abierta. Este sistema está prohibido debido a que arroja directamente los gases procedentes de la combustión a la atmósfera. Este sistema consiste en colocar un tubo que comunica el interior del motor con la atmósfera.ventilacion abierta
  • Ventilación cerrada. Este sistema es obligatorio en todos los motores actuales. Consiste en que el tubo que proviene del cárter y en lugar de dar a la atmósfera, los gases se derivan a un colector de admisión, quedándose los gases en el interior de los cilindros. Esta mezcla carburada (vapores, aire y combustible) que entra a los cilindros, contribuye a que la gasolina sea menos detonante y, por otra parte, la niebla aceitosa lubrica las partes altas del cilindro.

 

Al alcanzar cierto rango de r.p.m. se abre la válvula PCV, creándose un vacío dentro del motor, que permite la entrada de aire fresco al mismo por medio de unos conductos desde el filtro de aire y la salida de los gases nocivos hacia la cámara de combustión pasando por el múltiple de admisión. El flujo de gases depende exclusivamente de la válvula PCV, y la abertura de este depende del vacío creado en el múltiple de admisión.

 

circuito de ventilación del carterventilacion-positiva-carter

1.11-Depuradora

La separación centrífuga del aceite está basada en la diferencia de densidades del aceite, el agua y los elementos disueltos en él. La separación centrífuga es un proceso de decantación acelerado donde se sustituye la fuerza de gravedad por la fuerza centrífuga resultante de una rotación a gran velocidad, logrando así separar los sólidos e impurezas del aceite.

DSC_0370

La separadora centrífuga, tiene como propósito la limpieza del lubricante, ya que de ninguna otra manera se pueden separar los productos presentes como cenizas y residuos de carbón. Uno de los parámetros más importantes en la limpieza del aceite es la contaminación de agua, ya que ésta puede causar problemas asociados directamente a la corrosión, el agua puede reducir la cantidad de lubricación y provocar su degradación.

 

Video de operación de una depuradora de aceite “Alfa Laval”:

https://www.youtube.com/watch?v=nTMNiGWFCiU


 

2-Tipos de Sistemas de Lubricación

2.1-Sistema de lubricación a alta presión para cárter húmedo

Este sistema es el más utilizado en motores. En este sistema, para la lubricación de los cojinetes y cabezas de biela es necesario un engrase a alta presión para lograr una lubricación hidrodinámica efectiva.

Esquema de lubricación ABB

                                                                                   Figura 1

Descripción del proceso de lubricación:

Si tomamos la Fig 1 como referencia; El aceite es aspirado del cárter por medio de una bomba (3), esta impulsa por el circuito el lubricante haciéndolo pasar por una válvula termostática(5), dicha válvula, en función de la temperatura del aceite, hará pasar el fluido por el intercambiador de calor (6) si la temperatura es mayor a la temperatura a la cual se tara la válvula, en caso contrario, si la temperatura es menor, pasará directamente al filtro de aceite (7). A continuación el aceite es llevado a todos los elementos del sistema que necesitan lubricación, tales como;

  • Cojinetes del árbol de levas(10)
  • Bulones (11)
  • Cojinetes de los balancines (12)
  • El turbocompresor (13-14),

Como acto final,después de haber lubricado los componentes, el aceite desciende por gravedad hasta retornar al cárter.

Nota*:Cada determinado tiempo, el aceite se hace circular hacia el separador de aceite para limpiarlo de impurezas, para ello simplemente se hace un juego de válvulas para derivar el flujo de aceite hacia el separador y de ahí se deriva de nuevo al cárter.

 

2.2-Sistema de lubricación a alta presión por cárter seco

Este sistema es parecido al descrito en el punto anterior, pues mantiene su misma estructura y comparte casi todos sus componentes. La diferencia sustancias es que el cárter pierde su función contenedora de aceite y en su lugar se dispone de un depósito a parte donde retorna y se acumula el lubricante.

El depósito de aceite se dispone debajo del cárter aprovechando la fuerza de gravedad para así evitar el gasto que tendría drenar el cárter para una operación de mantenimiento o inspección.

carter seco

Descripción del proceso de lubricación

El proceso es parecido al descrito en el punto anterior. Si tomamos la Fig 2 como referencia; El aceite es aspirado del depósito de aceite por medio de una bomba, esta impulsa por el circuito el lubricante. En este esquema no se dispone de una válvula termostática propiamente dicha, esta función es suplida por una válvula de mariposa que permite regular el flujo de aceite que se hace pasar por el intercambiador de calor, permitiendo así un mayor control sobre la temperatura del motor. Si la temperatura es mayor a la temperatura a la requerida, simplemente se regula la válvula de mariposa haciendo pasar mayor caudal hacia los intercambiadores y viceversa. A continuación el fluido atraviesa el filtro de aceite y este es llevado a todos los elementos del sistema que necesitan lubricación.

Como acto final,después de haber lubricado los componentes, el aceite desciende por gravedad hasta retornar al cárter donde a través de unas rejillas dan a parar al depósito de aceite.

carter (2)

                                                 Cárter Seco

 


 

3-Bibliografía:

Autor: Roberto García Soutullo

Comments
5 Responses to “32º Circuito de Lubricación (MCIA) (2ºParte)”
  1. Emilio Jose Sanchez dice:

    hola roberto, me gustaría saber si el sistema que describes de carter seco puede considerarse como un sistema auxiliar de engrase automático como el de algunos camiones o si existen diferencias.

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    • Si,se podría describir como “sistema auxiliar”de engrase,el aceite que estaría en el cárter en un motor de cárter húmedo,se deriva a un depósito, de este depósito se bombea el aceite al separador o al motor (pasando por enfriador si es necesario y filtro).
      En cuanto al sistema de los camiones lo desconozco, pero las diferencias seguro que están ligadas a la diferencia dimensional de la instalación.
      En un camión,el sistema de lubricación debe ser mas compacto por lo que tanto el depósito de aceite debe formar parte de la estructura del motor, mientras que en un buque puede diferenciarse fácilmente el cárter del depósito.
      Te dejo un enlace donde se aprecia la estructura del cárter seco en automoción por si te ayuda. Un saludo
      http://autastec.com/blog/organos-elementos/lubricacion-por-carter-seco/

      Me gusta

  2. casasalameda dice:

    Importante labor la de empujar el aceite sin que se escape entre los dedos. He hechado de menos una mención al engrase por barboteo. Por lo demás me ha parecido un artículo para encuadernarlo y tenerlo en la estanteria de documentos imprescindibles.

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