1

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E

INDUSTRIAS

CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE

PRECARGA EN EL SISTEMA DE LUBRICACIÓN DEL MOTOR,

ACCIONADO ANTES DEL ARRANQUE, QUE PERMITA

PROLONGAR LA VIDA ÚTIL DEL MOTOR, APLICADA AL

VEHÍCULO CHEVROLET SUPER CARRY PICK-UP 2002,

MOTOR SUZUKI F10A.

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO

DE INGENIERO AUTOMOTRIZ

JOSÉ RICARDO GONZÁLEZ LÓPEZ

DIRECTOR: ING. TAMAYO ÁVALOS EDWIN RAMIRO

QUITO, junio, 2016

2

© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2016

Reservados todos los derechos de reproducción

iii

DEDICATORIA.

Este proyecto va dedicado a mis padres y a mi familia por su amor y apoyo

incondicional.

A la Universidad Tecnológica Equinoccial, a mis profesores que contribuyeron

con su conocimiento para alcanzar mi formación profesional.

A “Rectificadora González” por ser la fuente de inspiración para desarrollar

este proyecto.

José Ricardo González López.

iv

ÍNDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA

RESUMEN .................................................................................................... xii

ABSTRACT ................................................................................................. xiii

1.- INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 1

2.- MARCO TEÓRICO. .................................................................................. 1

2.1 EL MOTOR. .......................................................................................... 2

2.1.1 MOTOR CICLO OTTO. ................................................................. 3

2.2 SISTEMAS DE LUBRICACIÓN DEL MOTOR. ..................................... 4

2.2.1 A PRESIÓN O ENGRASE POR CIRCULACIÓN FORZADA. ........ 4

2.2.2 LUBRICACIÓN POR BARBOTEO. ................................................ 5

2.2.3 ENGRASE MIXTO.......................................................................... 6

2.2.4 ENGRASE POR CÁRTER SECO. ................................................. 6

2.2.5 LUBRICACIÓN CON RADIADOR DE ACEITE. ............................. 7

2.3 TIPOS DE LUBRICACIÓN EN EL MOTOR. .......................................... 8

2.3.1 LUBRICACIÓN HIDRODINÁMICA: ................................................ 8

2.3.2 LUBRICACIÓN ELASTO-HIDRODINÁMICA: ................................. 9

2.3.3 LUBRICACIÓN LÍMITE: ................................................................. 9

2.3.4 LUBRICACIÓN MIXTA: .................................................................. 9

2.4 REGÍMENES DE LUBRICACIÓN CURVA STRIBECK. ...................... 10

2.4.1 CURVA STRIBECK. ..................................................................... 10

2.4.2 CAPA LÍMITE. .............................................................................. 12

2.5 ACTUADORES EN EL SISTEMA DE LUBRICACIÓN. ........................ 13

2.5.1 BOMBA DE ACEITE. .................................................................... 13

v

2.5.1.1 Bomba de engranajes. ........................................................... 14

2.5.1.2 Bomba de rotores o rodetes. .................................................. 14

2.5.1.3 Bomba de engranajes interiores. .......................................... 15

2.5.2 VÁLVULA DE DESCARGA. ......................................................... 16

2.5.3 COJINETES DE BANCADA Y BIELA. .......................................... 17

2.6 LUBRICANTES PARA MOTOR. ......................................................... 18

2.6.1 PROPIEDADES DE LUBRICANTES. ........................................... 19

2.7 CLASIFICACIÓN DE ACEITES PARA MOTOR. ................................. 21

2.8 FACTORES QUE INCIDEN EN LA VIDA ÚTIL DEL LUBRICANTE. .... 24

2.8.1 VISCOSIDAD: .............................................................................. 24

2.8.2 ÍNDICE DE VISCOSIDAD. ........................................................... 26

2.8.4 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL MOTOR. .......................... 27

2.8.5 VISCOSIDAD EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA. ............... 29

2.9 CURVA DE VISCOSIDAD. .................................................................. 30

2.10 CAUDAL Y PRESIÓN DE ACEITE. ................................................... 31

3.- METODOLOGIA. .................................................................................... 34

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS. ................................................................ 36

4.1 ANÁLISIS DE LUBRICACIÓN DEFICIENTE EN EL MOTOR. ............. 36

4.1.1 PISTONES. .................................................................................. 36

4.1.2 RINES O ANILLOS. ...................................................................... 37

4.1.3 CAMISAS DE MOTOR. ................................................................ 38

4.1.4 COJINETES. ................................................................................ 38

4.1.5 CIGÜEÑAL Y ÁRBOL DE LEVAS. ............................................... 39

4.1.6 VÁLVULAS Y GUÍAS DE VÁLVULAS. ......................................... 40

4.2 ANÁLISIS DEL MOTOR SUZUKI F10A. .............................................. 41

4.2.2 CIRCUITO DE LUBRICACIÓN MOTOR SUZUKI F10A. .............. 43

vi

4.3 PROPUESTA PARA MEJORAR CONDICIONES DE ARRANQUE ... 44

4.3.1 SELECCIÓN DE ACEITE PARA PROYECTO. ............................ 44

4.3.1.1 Análisis curva de viscosidad AMALIE 10w-30. ....................... 46

4.3.1.2 Sección de interés curva de viscosidad. ................................ 46

4.3.2 ANÁLISIS DEL SISTEMA DE CALENTAMIENTO DE ACEITE. .. 47

4.3.2.1 Características técnicas de bujía de incandescente. ............. 48

4.3.2.2 Cálculo consumo de corriente. ............................................... 49

4.3.2.3 Cálculo de energía utilizada para calentar lubricante. ............ 50

4.3.2.4 Implementación del sistema de calentamiento. ...................... 52

4.3.2.5 Batería adicional. ................................................................... 53

4.3.3 ANÁLISIS DEL SISTEMA DE PRECARGA DE ACEITE. ............. 53

4.3.3.1 Cálculo de caudal de bomba de aceite externa. .................... 55

4.3.3.2 Cálculo de presión de aceite de bomba externa. ................... 56

4.3.3.3 Implementación del sistema de precarga. .............................. 59

4.3.3.4 Elemento filtrante externo. ..................................................... 60

4.3.3.5 Válvulas check anti retorno. ................................................... 60

4.3.4 EQUIPAMIENTO EN CABINA. ..................................................... 61

4.3.5 EQUIPOS DE CONTROL DE TEMPERATURA. .......................... 63

4.4 PRUEBAS REALIZADAS. ................................................................... 63

4.8.1 PRUEBA 1. PUESTA EN MARCHA CONVENCIONAL. .............. 64

4.9.1 ANÁLISIS PRUEBA 1. .................................................................. 69

4.8.2 PRUEBA 2.. .................................................................................. 70

4.9.2 ANÁLISIS PRUEBA 2. .................................................................. 74

4.8.3 PRUEBA 3. ................................................................................... 75

4.9.3 ANÁLISIS PRUEBA 3. .................................................................. 80

4.8.4 PRUEBA 4. ................................................................................... 80

4.9.4 ANÁLISIS PRUEBA 4. .................................................................. 85

4.10 ANÁLISIS DE RESULTADOS. ..................................................... 85

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. .......................................... 88

vii

5.1 CONCLUSIONES. .............................................................................. 88

5.2 RECOMENDACIONES. ...................................................................... 89

NOMENCLATURA. ..................................................................................... 90

BIBLIOGRAFÍA. .......................................................................................... 92

ANEXOS. ..................................................................................................... 94

viii

ÍNDICE DE TABLAS.

PÁGINA

Tabla 1. Clasificación SAE de aceites monógrados. ................................... 21

Tabla 2. Clasificación SAE de aceites multigrados. ..................................... 23

Tabla 3. Índices de viscosidad de diferentes lubricantes 10W-30. .............. 27

Tabla 4. Características técnicas del motor Suzuki F10A. .......................... 43

Tabla 5. Características técnicas de bomba de aceite Suzuki F10A. .......... 44

Tabla 6. Características técnicas AMALIE 10W-30. .................................... 45

Tabla 7. Viscosidad óptima para aceite 10W-30 ......................................... 47

Tabla 8. Selección de bujías incandescentes. ............................................. 48

Tabla 9.Características técnicas bujías incandescentes NGK..................... 49

Tabla 10. Selección de bomba externa. ...................................................... 54

Tabla 11.Datos Prueba 1. ............................................................................ 64

Tabla 12. Analisis Prueba 1. ........................................................................ 69

Tabla 13.Datos, Prueba 2. ........................................................................... 70

Tabla 14. AnalisisPrueba 2. ......................................................................... 74

Tabla 15.Datos, Prueba 3 ............................................................................ 76

Tabla 16. Analisis Prueba 3. ........................................................................ 80

Tabla 17. Datos, Prueba 4 ........................................................................... 80

Tabla 18. Analisis Prueba 4. ........................................................................ 85

ix

ÍNDICE DE FIGURAS.

PÁGINA

Figura 1. Partes del motor de combustión interna. ........................................ 2

Figura 2. Esquema de 4 ciclos del motor de combustión interna. ................. 3

Figura 3. Esquema circuito de lubricación del motor. .................................... 4

Figura 4. Bomba de aceite. ........................................................................... 5

Figura 5. Brazo de biela con cuchilla. ........................................................... 5

Figura 6. Lubricación por cárter seco. ........................................................... 6

Figura 7. Volkswagen Escarabajo. ................................................................ 7

Figura 8. Lubricación por radiador de aceite. ................................................ 7

Figura 9. Calibración con plastigage. ............................................................ 8

Figura 10. Circuito de lubricación del cigüeñal. ........................................... 10

Figura 11. Curva de Stribeck. ...................................................................... 11

Figura 12. Regímenes de lubricación, según curva de Stribeck. ................ 11

Figura 13. Capa limite, según curva de Stribeck. ........................................ 12

Figura 14. Bomba de aceite de engranajes. ............................................... 14

Figura 15. Bomba de aceite de rotor. .......................................................... 15

Figura 16. Bomba de aceite de engranajes interiores. ................................ 15

Figura 17. Válvula de alivio de presión de aceite. ....................................... 17

Figura 18. Cojinetes. ................................................................................... 17

Figura 19. Esquema viscosímetro capilar. .................................................. 25

Figura 20. Curva de viscosidad y zona de protección 10W-30. .................. 30

Figura 21. Lubricación bomba de engranajes. ............................................ 32

Figura 22. Fluido no Newtoniano Hagen Poiseuille. .................................... 33

Figura 23. Pistón Gripado. .......................................................................... 37

Figura 24.Rines gripados. ........................................................................... 37

Figura 25. Bruñido de cilindro del motor. .................................................... 38

Figura 26. Cilindro gripado del motor. ......................................................... 38

Figura 27. Cojinetes gripados. .................................................................... 39

Figura 28.Cigüeñal gripado. ........................................................................ 39

Figura 29.Árbol de levas gripado. ............................................................... 40

Figura 30. Guía de válvula y válvula de culata gripada. .............................. 41

x

Figura 31. Modelos fabricados de Super Carry F10A. ................................ 41

Figura 32. Modelo Furgoneta Suzuki F10A. ................................................ 42

Figura 33. Modelo Pick-Up Suzuki F10A. ................................................... 42

Figura 34. Bomba de aceite Suzuki F10A. .................................................. 43

Figura 36. Cálculo de curva de viscosidad AMALIE 10W-30. ..................... 45

Figura 37. Curva de Viscosidad AMALIE 10W-30. ...................................... 46

Figura 37. Ampliación curva de viscosidad AMALIE 10W-30. .................... 47

Figura 38. Bujías incandescentes. .............................................................. 48

Figura 39. Diagrama eléctrico de bujías incandescentes. ........................... 49

Figura 40. Configuración propuesta de bujías y cárter externo. .................. 52

Figura 41.Carter externo propuesto instalado en vehículo. ......................... 52

Figura 42. Batería adicional instalada. ........................................................ 53

Figura 43. Bomba de aceite Toyota 5R. ...................................................... 54

Figura 44. Medidas para cálculo de caudal. ................................................ 55

Figura 45. Configuración de bomba de aceite externa. ............................... 59

Figura 46. Estructura que contiene bomba de aceite externa. .................... 59

Figura 47.Bomba de aceite externa instalada en vehículo. ......................... 59

Figura 48. Filtro de aceite tipo Racor instalado en vehículo. ....................... 60

Figura 49. Válvula check de baja presión . ................................................. 60

Figura 50. Válvula check de alta presión ................................................... 61

Figura 51. Medidor de RPM. ....................................................................... 61

Figura 52. Tablero original del vehículo. ..................................................... 62

Figura 53. Medidores de temperatura y presión de aceite instalados. ........ 62

Figura 54, Interruptores de bujías incandescentes y de bomba externa. .... 62

Figura 55, Termómetros de punta. .............................................................. 63

Figura 56, Pirómetro por radiación. ............................................................. 63

Figura 57.Prueba 1, Gráfica Temperatura-Tiempo. ................................... 66

Figura 58. Prueba 1, Gráfica Presión de aceite-Temperatura ..................... 67

Figura 59.Prueba1, Gráfica Presión de aceite-Temperatura ....................... 68

Figura 60, Prueba 2, Gráfica Temperatura-Tiempo .................................... 71

Figura 62. Prueba 2, Gráfica Presión de aceite-Temperatura ..................... 72

Figura 62, Prueba 2, Gráfica Presión de aceite en función de Tiempo. ...... 73

xi

Figura 63. Extracción del cárter del motor. ................................................. 75

Figura 64. Bujías incandescentes instaladas en cárter del motor. .............. 75

Figura 66. Prueba 3, Gráfica Temperatura-Tiempo. ................................... 77

Figura 66. Prueba 3, Gráfica Presión de aceite-Temperatura. .................... 78

Figura 68. Prueba 3, Gráfica Presión de aceite-Tiempo . ........................... 79

Figura 68, Prueba 4, Gráfica Temperatura -Tiempo ................................... 82

Figura 69. Prueba 4, Gráfica Presión-Temperatura. ................................... 83

Figura 70. Prueba 4, Gráfica Presión-Tiempo ............................................. 84

Figura 71. Resultados de pruebas. ............................................................. 87

xii

RESUMEN

Mejorar las condiciones de arranque fue el propósito de este proyecto, para lo

cual se propuso la construcción e implementación de un sistema externo que

permita eliminar la ausencia de aceite al encender y el exceso de presión de

aceite cuando ya ingresa el lubricante al motor.

Uno de los momentos críticos para el motor es el primer encendido, en el que

se observó, pésimas condiciones al poner en marcha, como es la ausencia de

aceite durante varios segundos debido a que el aceite se deposita en el cárter

y tarda en llegar a la bomba de aceite y entrar al motor, también cuando llega

aceite al motor, por su temperatura inicial que es la temperatura ambiente

menor a 30oC, es muy viscoso y genera mucha presión de aceite lo cual

también es perjudicial para el motor.

Se propuso la construcción e implementación de un cárter externo en el cual

se calentó el lubricante mediante bujías incandescentes y mediante un

sistema de bombeo externo, se presurizó el aceite caliente del cárter externo

al motor.

Mediante indicadores de presión de aceite, rpm, temperatura ambiente,

temperatura del aceite tanto del cárter externo como del cárter del motor, se

pudo registrar y cuantificar las malas condiciones de arranque cuando el motor

se enciende de manera convencional y cuanto mejoró al aplicar el sistema

externo propuesto.

Se observó que al aplicar el sistema externo, propuesto, se eliminó al 100%

el problema de ausencia de aceite al encender el motor con la precarga de

aceite de 20 PSI durante 10 segundos antes del arranque y con el

calentamiento del lubricante a 50 oC se reduce su viscosidad y por lo tanto la

bomba de aceite del motor realizó menor esfuerzo evidenciando una presión

de aceite de 44 PSI al momento de encender el motor.

Se concluyó que aplicar antes de encender el motor, el sistema externo

propuesto en este proyecto, se logró mejorar las condiciones de puesta en

marcha, permitiendo prolongar la vida útil del motor.

xiii

ABSTRACT

Improve the starting conditions was the purpose of this project, for which the

construction and implementation of an external system that will eliminated the

absence of oil and excess oil pressure when the oil enters the engine

One of the most critical moments for the engine is the first starting,

I observed the poor conditions to start, as the lack of oil for several seconds

because the oil is deposited in the oil pan and takes to reach at the oil pump

and enter in the engine, also when it comes to engine, the initial temperature

is same ambient temperature lowest to 30oC, the oil is very viscous and

generates a lot of pressure oil which is also harmful to the engine.

I proposed build an oil pan external in which the lubricant is heated by glow

plugs and by an external pumping system, the hot oil from the oil pan external

was pressurized to the engine.

By indicators of oil pressure, rpm, ambient temperature, oil temperature of both

the outer oil pan and the oil pan of the engine , was able to recorded and

quantify poor start when the engine is started in a conventional manner and

recorded the improved by applying the system external proposed.

I could see that applying the external system, proposed, was removed in 100%

the problem of lack of oil to start the engine with the preloading oil to 20 PSI

for 10 seconds before starting and warming the lubricant to 50 oC It reduces

its viscosity and therefore the engine oil pump made less effort showing an oil

pressure of 44 PSI at the time of starting the engine.

It allowed concluded that using before starting the engine , the external system

proposed in this project , is possible to improve the conditions of engine

starting and it allowing prolong engine life .

1

1. - INTRODUCCIÓN

El objetivo de esta tesis es construir e implementar un sistema externo que

permita realizar una precarga de aceite en las líneas de lubricación en el motor

antes del arranque, por medio de este sistema externo se pretende prolongar

la vida útil del motor, mejorando las condiciones de arranque, aplicado al

motor Suzuki F10A.

Reducir al mínimo el desgaste de las piezas móviles del motor, que se

produce por su rozamiento, y evitar su agarrotamiento por el exceso de calor

(gripado), es la finalidad principal de la lubricación (Gil Martínez, 2005).

Partiendo de este concepto de la lubricación en el motor, se considera como

momento crítico el poner en marcha al motor en condiciones de temperatura

frías menores a 30 oC y luego de periodos largos de reposo del motor.

Con el reposo, el aceite del motor se deposita en el cárter, esta condición

impide tener una respuesta inmediata de caudal de aceite permitiendo que el

motor funcione por varios segundos sin circulación de lubricante.

Para cumplir el objetivo de mejorar las condiciones de arranque este proyecto,

propuso la construcción e implementación de un sistema externo que permita

eliminar la ausencia de aceite al encender y el exceso de presión de aceite

cuando ya ingresa lubricante al motor en condiciones frías de ambiente y

periodos mayores a 8 horas de reposo.

Se planteó la construcción de un cárter externo en el cual se calentó el

lubricante mediante bujías incandescentes y mediante un sistema de bombeo

externo, se presurizó el aceite caliente del cárter externo, al motor, antes de

encender el vehículo. Se observó que al aplicar el sistema externo, propuesto,

se eliminó al 100% el problema de ausencia de aceite al encender el motor

con la precarga de aceite de 20 PSI durante 10 segundos antes del arranque

y con el calentamiento del lubricante a 50 oC se reduce su viscosidad y por lo

tanto la bomba de aceite del motor realizó menor esfuerzo, permitiendo

mejorar las condiciones de puesta en marcha y prolongar la vida útil del motor.

2

2.- MARCO TEÓRICO.

Las piezas internas que componen el motor están sujetas al desgaste normal

por el uso cotidiano, existiendo condiciones extremas y puntuales que

aceleran este proceso, por ello es fundamental conocer las partes sus

funciones y cómo interactúan en conjunto, para poder evitar el desgaste

prematuro.

2.1 EL MOTOR.

El motor de un vehículo es el encargado de transformar la energía térmica que

le proporciona un combustible, en energía mecánica, a la vez ésta es utilizada

para el desplazamiento del auto, figura 1.Estos motores se llaman, de

combustión interna, por que realizan su trabajo en el interior de una cámara

cerrada, en la que se presuriza la mezcla aire-combustible y mediante una

fuente de calor o chispa se genera una explosión, teniendo como resultado la

expansión de los gases al combustionase, y esto hace que se desplace el

pistón de forma violenta al PMI (Punto Muerto Inferior) y por medio de esta

reacción se genera movimiento que se transforma en energía mecánica

(Alonso Pérez J.M, 2009).

Figura 1. Partes del motor de combustión interna. (Gil Martínez Hermógenes, 2006)

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2.1.1 MOTOR CICLO OTTO.

Nicolaust August Otto, ingeniero alemán fue quien diseño el motor de

combustión interna en 1872 (Alonso Pérez, 2009).

Existen dos tipos de motores que se rigen por el ciclo Otto, los motores de dos

tiempos y de cuatro tiempos.

Para el fin de este proyecto nos enfocaremos en el motor de cuatro tiempos.

Se refiere a cuatro tiempos, al motor que cumple los ciclos de admisión,

compresión, explosión y escape en dos giros del cigüeñal figura 2 (Gil

Martínez Hermógenes, 2005).

-Admisión, durante la primera fase, el pistón se desplaza hasta el PMI (Punto

Muerto Inferior) y la válvula de admisión permanece abierta, permitiendo que

se aspire la mezcla de combustible y aire hacia dentro del cilindro.

-Compresión, en la segunda fase las válvulas permanecen cerradas y el pistón

se mueve hacia el PMS, comprimiendo la mezcla de aire y combustible.

Cuando el pistón llega al final de esta fase, una chispa en la bujía enciende la

mezcla.

-Explosión, la tercera fase, se produce la combustión de la mezcla,

liberando energía que provoca la expansión de los gases y el movimiento del

pistón hacia el PMI y produce la transformación de la energía

química contenida en el combustible en energía mecánica trasmitida al pistón,

que la trasmite a la biela, y la biela la trasmite al cigüeñal.

-Escape, es la cuarta fase, se abre la válvula de escape y el pistón se mueve

hacia al PMS (Punto Muerto Superior), expulsando los gases producidos

durante la combustión y quedando preparado el cilindro para empezar un

nuevo ciclo (Gil Martínez Hermógenes, 2005).

Figura 2. Esquema de 4 ciclos del motor de combustión interna. (Dante Giacosa, 2010)

4

2.2 SISTEMAS DE LUBRICACIÓN DEL MOTOR.

Las partes que se han de lubricar en el motor se dividen en dos grupos,

(cigüeñal, árbol de levas, cabeza de la biela, eje de balancines y propulsores),

estos elementos son lubricados a presión positiva, los siguientes elementos

(camisas, pistones, levas, la cadena de distribución, pie de biela), son

lubricados por barboteo (Alonso Pérez J.M, 2009).

2.2.1 A PRESIÓN O ENGRASE POR CIRCULACIÓN FORZADA.

El sistema de engrase del motor empieza por hacer circular el aceite que se

encuentra depositado en el cárter en la primera parte del circuito del aceite

desde que recorre por la rejilla metálica (coladera o filtro basto) hasta la bomba

de aceite, lo hace por efecto de succión, lo cual representa un alto riesgo ya

que al tener ingreso de aire, o un incorrecto cebado de la bomba de aceite,

puede resultar en falta del lubricante en el motor y como consecuencia

fundirlo, figura 3 (Alonso Pérez J.M, 2009).

Seguido ingresa a la bomba de aceite, donde el lubricante se presuriza, y se

hace circular ya con presión positiva al filtro de aceite, figura 4.

Luego de ser filtrado ingresa ya a las partes móviles del motor por el interior

de ductos, dirigidos en disposición ascendente, es decir ingresa a lubricar

desde los componentes que se hallan en la parte más baja del motor como

son, el cigüeñal, cojinetes de bancada, cepos de bancada, medias lunas,

cojinetes de biela, bujes o bocines de bielas, los surtidores de aceite lubrican

la pared de los cilindros por los que se deslizan los pistones y rines (Alonso

Pérez J.M, 2009).

Figura 3. Esquema circuito de lubricación del motor. (Alonso Pérez, 2009)

5

Continuando con el recorrido el lubricante se dirige a la parte más alta del

motor, a la parte superior del cabezote de donde empieza su recorrido

descendente.

Empezando por el o los árboles de levas dependiendo de la configuración del

motor, ya sea SOHC o DOHC , desde allí se lubrica los cepos del árbol de

levas, las guías de válvulas, sellos de válvulas, retenedores del árbol de levas.

El caudal y la presión de aceite activan sistemas de variación valvular que

influyen en el adelanto o retraso de la apertura de las válvulas de admisión y

de escape dependiendo del sistema que posea (Alonso Pérez J.M, 2009).

2.2.2 LUBRICACIÓN POR BARBOTEO.

Es un sistema no muy usado, que posee una bomba de aceite, que lubrica a

presión los cojinetes de biela por medio de estos agujeros.

Se desplaza el aceite hasta el extremo del pie de biela, donde la tapa de la

biela tiene una extensión de material muy similar a una cuchilla y cada vez

que gira esta cuchilla golpea el aceite, produciendo una espesa niebla, que

moja abundantemente las paredes y elementos a lubricar. Figura 5 (Alonso

Pérez J.M, 2009)

Figura 4. Bomba de aceite. (Aficionados a la mecánica, 2005)

Figura 5. Brazo de biela con cuchilla. (EurekaParts, 2015)

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2.2.3 ENGRASE MIXTO.

Utiliza una bomba de aceite, para lubricar a presión, a la vez posee las bielas

con forma de cuchilla como la que se indica en la figura 5, también utiliza unos

pocillos para por decantación llegar a lubricar ciertos elementos (Alonso Pérez

J.M, 2009).

2.2.4 ENGRASE POR CÁRTER SECO.

Poco empleado en automóviles, se usa más en motocicletas y motores de

aviación, figura 6.

Su principal caracterización es que posee un depósito de aceite que está

situado fuera del cárter D.

Suele tener dos bombas de aceite, una bomba B genera presión positiva y

lubrica todas las piezas móviles, también utiliza la generación de niebla para

lubricar en menor cantidad, a la vez la segunda N bomba se encuentra en el

cárter y de ahí es bombeado al depósito exterior D.

La ventaja de este sistema es que permite llevar mayor cantidad de aceite en

motor, las condiciones de enfriamiento del aceite son más amigables, que si

fueran enfriadas en el interior del motor. (Arias Paz, 2003).

Figura 6. Lubricación por cárter seco.

(Arias Paz, 2003)

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2.2.5 LUBRICACIÓN CON RADIADOR DE ACEITE.

El motor Volkswagen, de cuatro cilindros horizontales el clásico

´´Escarabajo´´, figura 7 que posee este sistema de lubricación, con radiador

de aceite. Su principal característica es que el depósito de aceite, está situado

fuera del cárter, como indica la figura 8.

Una tubería lleva el aceite por gravedad a la bomba de engrase que lo reparte

por el circuito de aceite a presión a todas las piezas que necesitan lubricación.

La niebla aceitosa se forma igual que en los sistemas de engrase anterior,

aunque es menos densa.

El aceite que rebosa de los cojinetes y el que resbala por las paredes internas

del motor, caen al fondo del cárter, donde una segunda bomba la recoge y lo

envía por otro tubo, nuevamente al depósito.

Este sistema de engrase tiene la ventaja principalmente de una mejor

refrigeración del aceite

Figura 7. Volkswagen Escarabajo. (Arias Paz.2003)

Figura 8. Lubricación por radiador de aceite. (Arias Paz, 2003)

8

2.3 TIPOS DE LUBRICACIÓN EN EL MOTOR.

2.3.1 LUBRICACIÓN HIDRODINÁMICA:

Es un colchón de aceite líquido encapsula o cubre la pieza a lubricar y lo

mantiene separado de las demás piezas. Cuando el aceite es de la viscosidad

correcta y es utilizado en un motor correctamente construido a velocidades

operacionales, el cigüeñal está en la fase de lubricación hidrodinámica.

No tiene ningún contacto con los cojinetes.

El único contacto físico es durante el arranque antes de circular, antes de

llegar a la velocidad de ralentí, o cuando se esfuerza el motor a bajas

revoluciones por no usar el cambio correcto de caja. Si el aceite es muy

delgado, puede ser desplazado y permitir contacto. Si es muy viscoso tarda

más para llegar y crear presión (el colchón) en los cojinetes y crea desgaste

adicional.

La presión de aceite normalmente es medido en el pasaje a los cojinetes de

bancada.

Baja presión indica un colchón débil; presión excesiva indica mucha

restricción para un flujo adecuado a todas las piezas que requieren

lubricación. Para ello se utiliza plastigage o calibrador plástico, figura 9.

Siempre que se ha realizado algún ajuste de motor, llámese remplazo, pulido

o rectificación del cigüeñal, es necesario que verifiquemos el claro de

lubricación entre cojinete y muñón de cigüeñal (Avallone Eugene, 2005)

Figura 9. Calibración con plastigage.

9

2.3.2 LUBRICACIÓN ELASTO-HIDRODINÁMICA:

Durante momentos cortos en el funcionamiento del motor, ciertas piezas,

como las levas que aprietan los vástagos o balancines crean tanta presión

que el aceite momentáneamente se convierte en un sólido. Durante estos

momentos el aceite es pasado por el cojinete, leva o superficie como un sólido,

deformando esa superficie (Avallone Eugene, 2005).

2.3.3 LUBRICACIÓN LÍMITE:

Cuando el aceite es totalmente desplazado, arrastrado por los anillos de

control de aceite o la acción deslizante del tren de válvulas, además de los

cojinetes durante el arranque hasta que llegue el aceite, la lubricación es

suministrada por los aditivos anti-desgaste. Estos compuestos polares son

adheridos a las superficies metálicas, aunque pueden ser arrastrados por uso

continuo en este modo (cuando falta aceite líquido) o cuando hay combustible

en el aceite (Avallone Eugene, 2005).

2.3.4 LUBRICACIÓN MIXTA:

Es una combinación de lubricación hidrodinámica y lubricación límite.

Para crear el colchón hidrodinámico correcto para la protección máxima de los

cojinetes, su superficie de contacto, diámetro y tolerancia requiere de una

viscosidad específica. En el diseño de un motor, esta viscosidad ideal es

calculada y recomendada por el fabricante del motor.

Las diferentes viscosidades SAE que cumplen con los diseños de los motores

de combustión interna ayudan con la viscosidad del lubricante en los cojinetes

de bancada que es la superficie crítica a lubricar, para alcanzar la lubricación

hidrodinámica al arrancar el motor .

La situación crítica es cuando el lubricante se encuentra frio, impidiendo

alcanzar la viscosidad ideal (Avallone Eugene, 2005).

10

2.4 REGÍMENES DE LUBRICACIÓN CURVA STRIBECK.

Se refiere a los tipos de lubricación Hidrodinámica, Elasto-Hidrodinámica,

Limite y mixta, que en se describen en el capítulo, tipos de lubricación en el

motor de este trabajo (Avallone Eugene, 2005).La zona de interés en el motor

es el cigüeñal, figura 10, específicamente los codos de biela y bancada,

porque es ahí donde se genera la presión de aceite para distribuir al motor.

Es la parte más crítica y que sufre mayor desgaste en los arranques en frio,

ya que para su correcto funcionamiento lo ideal es que trabaje con lubricante

a temperatura optima, viscosidad optima y con lubricación hidrodinámica lo

cual se consigue después de varios minutos después de encender el motor,

hasta que el motor caliente transmita ese calor al aceite y la viscosidad cada

vez tienda a ser ideal, también hasta que la bomba de aceite empiece a

succionar lubricante del cárter, genere presión positiva conduciéndolo hacia

el filtro de aceite , ingrese a la riel de distribución del bock motor e ingrese a

los ductos de lubricación del cigüeñal, son segundos críticos en los que hasta

que el cigüeñal trabaje en condiciones óptimas de lubricación se genera

desgaste prematuro (Avallone Eugene, 2005).

2.4.1 CURVA STRIBECK.

La curva de Stribeck descrita en la figura 11 indica los regímenes de

lubricación en función del coeficiente de fricción determinado por las

rugosidades las superficies separadas por una capa de lubricante y las

condiciones a las cuales trabaja el cojinete (Avallone Eugene, 2005).

Figura 10. Circuito de lubricación del cigüeñal. (Avallone Eugene, 2012)

11

La figura 12, describe los regímenes de lubricación del cigüeñal, al interactuar

con los cojinetes y la capa de lubricación.

Caso A, el motor se encuentra apagado, reposando el cigüeñal sobre

la superficie del cojinete, teniendo una capa de lubricación muy fina,

que en la curva de Strickber corresponde a la lubricación límite.

Caso B, se identifica en el arranque del motor en la que la bomba de

aceite empieza a generar presión y hacer circular el lubricante, el

cigüeñal empieza a girar a revoluciones bajas y se interpone una capa

delgada de aceite con el cojinete, en la puesta en marcha se obtiene

lubricación Elasto-Hidrodinámica.

Caso C, el motor esta encendido, gira el cigüeñal a rpm, de ralentí en

adelante, se interpone entre el cigüeñal y el cojinete una capa de aceite

estable, obteniendo una lubricación hidrodinámica (Avallone Eugene,

2005).

Figura 11. Curva de Stribeck. (Avallone Eugene, 2012)

Figura 12. Regímenes de lubricación, según curva de Stribeck. (Avallone Eugene, 2012)

12

2.4.2 CAPA LÍMITE.

También conocida como lubricación límite, o espesor mínimo de película de

aceite, está determinada por la viscosidad del aceite, la velocidad a la que

circula, la presión ejercida en el lubricante y la rugosidad entre las superficies.

Teniendo un aumento en la presión, la película de aceite disminuye y se

produce contacto metal-metal.

Para interpretar la película de lubricación se utiliza un coeficiente

adimensional de espesor de película relativa (ʎ), ecuación 1.

ʎ =𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑙𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎.

𝑅𝑢𝑔𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑠.

ʎ =𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑎

√𝐴2+𝐵2. [1]

Siendo:

ʎ: Coeficiente adimensional de espesor de película relativa.

Altura mínima: Es la separación entre las superficies de cigüeñal y cojinete,

que determinamos con el plastigage.

A: Rugosidad del Cigüeñal.

B: Rugosidad del cojinete.

De donde el coeficiente ʎ sirve para determinar y diferenciar los tipos de

regímenes de lubricación como indica la figura 13 (Avallone Eugene, 2005).

ʎ=0 o tiende a cero, se encuentra en régimen de lubricación limite.

1< ʎ > 3.5 se encuentra en lubricación mixta.

ʎ > 3.5 se encuentra en lubricación hidrodinámica o perfecta.

Figura 13. Capa limite, según curva de Stribeck. (Avallone Eugene, 2005)

13

2.5 ACTUADORES EN EL SISTEMA DE LUBRICACIÓN.

2.5.1 BOMBA DE ACEITE.

El sistema de lubricación es vital para el correcto funcionamiento y vida útil del

motor.

La bomba de aceite es el corazón del motor, es el componente mecánico que

sirve para poner en circulación el aceite, manteniendo un caudal y presión

dentro de los límites dados por la característica de cada motor. Las bombas

se diseñan de forma que consigan un caudal adecuado a las superficies de

los cojinetes y elementos a lubricar.

La mayoría de las bombas reciben su movimiento a través del árbol de levas,

sin embargo, algunos lo reciben a través del cigüeñal (Gil Martínez, 2005).

Los elementos del motor que están sometidos a fricción y que, por tanto, se

deben lubricar son:

Las partes en rotación

Los apoyos y las muñequillas del cigüeñal.

Los apoyos del árbol de levas y las levas.

Los engranajes o la cadena de distribución.

Las partes deslizantes.

Los pistones en los cilindros.

Las válvulas en sus guías.

Las partes oscilantes.

Los pies de las bielas.

Los balancines.

Brazo de bomba de gasolina mecánica según el auto.

Como dato general, en lo referente a bombas de aceite menciona los motores

modernos, indiferentemente al tipo de bomba que posea, aproximadamente

en 3000 rpm del motor, una bomba de aceite que trabaje de manera óptima

proporciona un caudal de 55 litros por minuto (Gil Martínez, 2005).

14

2.5.1.1 Bomba de engranajes.

Partes y piezas de esta bomba se describen en la figura 14, el movimiento son

transmitidas por el árbol de levas el cual a través del eje comando de la

bomba, le da movimiento a los engranajes, los cuales producen el arrastre del

aceite, que llega a través del filtro de la bomba conocido como coladera.

El aceite pasa a través de los huecos de los dientes de los engranajes, por

ambos lados del cuerpo de la bomba, para salir por el otro extremo a las

distintas canalizaciones de engrase del motor.

La presión de circuito se regula a través de una válvula de alivio, la cual actúa

cuando aumenta excesivamente la presión, por alto régimen de vueltas del

motor o cuando la temperatura del aceite es muy baja, el exceso de la presión

vuelve al cárter (Gil Martínez Hermógenes, 2005).

2.5.1.2 Bomba de rotores o rodetes.

Está constituida por un rotor o piñón conductor que mueve un rodete o rotor

provisto de una serie de engranajes interiores que engranan con los salientes

del piñón, figura 15.

Este piñón tiene un saliente menos que el rodete dando lugar a la formación

de dos cámaras, una de aspiración y otra de presión.

Figura 14. Bomba de aceite de engranajes. (Gil Martínez Hermógenes, Manual Práctico del Automóvil, 2005)

15

El giro del piñón y del rodete hace que la cámara de admisión aumente

absorbiendo el aceite del cárter en la cámara de compresión el espacio

disminuye y el aceite es impulsado a presión hacia el circuito principal de

engrase.

La principal ventaja de esta bomba es su capacidad de generar altas

presiones (Gil Martínez Hermógenes, 2005).

2.5.1.3 Bomba de engranajes interiores.

Este tipo de bomba, figura 16, generalmente se monta directamente en el

extremo del cigüeñal que transmite su movimiento al piñón conductor de la

bomba. El funcionamiento de la bomba es similar al de la bomba de

engranajes. El sentido de giro de ambos engranajes es el mismo y el aceite

es transportado en el espacio que se forma entre los dientes y la media luna

por sus dos lados, desde la cámara de aspiración hasta la de presión.

Este tipo de bomba tiene la ventaja de poder suministrar gran cantidad de

aceite desde bajas revoluciones del motor (Gil Martínez Hermógenes, 2005).

Figura 15. Bomba de aceite de rotor. (Aficionados a la Mecánica, 2005)

Figura 16. Bomba de aceite de engranajes interiores. (Aficionados a la mecánica, 2005)

16

2.5.2 VÁLVULA DE DESCARGA.

Las bombas de aceite en su funcionamiento suministran una cantidad de

aceite que depende directamente del número de revoluciones del motor.

Por este motivo, puede llegar un momento en que la presión sea excesiva,

ocasionando un gasto inútil de energía, un elevado riesgo de avería en la

instalación y partes que están sometidas a lubricación.

Para evitar los inconvenientes expuestos se instala en la bomba de aceite una

válvula de descarga como indica la figura 17, que se acopla en la misma

bomba de engrase o en el circuito principal de engrase, la cual cumple en el

circuito tres misiones importantes:

Descargar al cárter el aceite sobrante cuando el aumento de

velocidad del motor hace excesiva la presión proporcionada por la

bomba.

Regular la presión de aceite, ajustándola al estado y holguras del

motor.

Servir como dispositivo de seguridad, ya que descarga el aceite al

cárter cuando por obstrucción en las canalizaciones la presión

suministrada por la bomba puede dar lugar a sobrepresiones

peligrosas en los conductos del motor (Gil Martínez Hermógenes,

2005).

El funcionamiento de la válvula se basa en el desplazamiento de un pequeño

émbolo o bola, que cierra, por medio de la acción de un resorte, calibrado a la

presión del aceite que se necesita. Cuando la presión del aceite suministrado

por la bomba sobrepasa un valor determinado, la bola se desplaza venciendo

la fuerza del muelle y parte del aceite retorna al cárter por un conducto

alternativo.

La presión que proporciona la bomba de aceite, se puede regular desde el

exterior por medio de un tornillo, dando mayor o menor presión al muelle que

empuja a la bola hacia su posición de cierre.

La presión de engrase en el motor varía entre 7.25 y 14.50 PSI a ralentí, y de

43.5 a 72.5 bar de presión máxima medidas con el motor a temperatura

operacional (Arias Paz, 2003).

17

2.5.3 COJINETES DE BANCADA Y BIELA.

El cojinete en ingeniería se define como la pieza o un conjunto de ellas que

soporta el árbol trasmisor de momento giratorio de una máquina’.

En el caso de los motores de combustión interna, tenemos los cojinetes de

bancada, que es donde se genera la presión del sistema de lubricación y

cojinetes de biela, los cojinetes, los de biela están alojados en la base de los

brazos de biela que rodea y soporta el giro de los codos de biela del cigüeñal,

los de bancada de la misma manera rodea y soporta el giro del cigüeñal, para

poder tener un correcto funcionamiento necesita lubricación, figura 18.

Generalmente los cojinetes están constituidos por aleaciones de estaño,

cobre, antimonio, plomo en diferentes proporciones según sea el

requerimiento del fabricante (Gil Martínez Hermógenes, 2005).

El conjunto de estos materiales constituidos en un cojinete se denomina metal

Babbitt, debido a su descubrimiento por el científico Isaac Babbitt que dio a

Figura 17. Válvula de alivio de presión de aceite. (Aficionados a la mecánica, 2005)

Figura 18. Cojinetes.

18

conocer un elemento antifricción en 1839, que se utilizaría años después en

los motores de combustión interna, denominado como cojinetes de biela y de

bancada, que también han ido evolucionando y perfeccionándose, tanto en

composiciones metálicas como en diseño para estar a la par con la evolución

de los motores de combustión interna actuales (Gil Martínez Hermógenes,

2005)

2.6 LUBRICANTES PARA MOTOR.

Los lubricantes empleados en el motor deben tener cualidades como:

Resistencia a altas presiones.

Resistente a altas temperaturas.

Antioxidante.

Anticorrosivo.

La finalidad de un lubricante es reducir al mínimo el desgaste de las piezas

móviles del motor, que se producen por rozamiento, y evitar su agarrotamiento

por el exceso de calor o gripado que es el termino técnico.

Este objetivo, de evitar el desgaste se consigue por la interposición de una

fina película de lubricante entre las piezas o superficies metálicas que

pudieran entrar en contacto, bien sea a presión o por deslizamiento, evitando

con ello el desgaste de las piezas del motor (Gil Martínez Hermógenes, 2005).

Los beneficios adicionales de una correcta lubricación son.

Refrigerar las partes móviles y aquellas a las que no tiene acceso el

sistema de refrigeración.

Asegurar la estanqueidad necesaria del cilindro.

Reducir el coeficiente de rozamiento dinámico.

Amortiguar y absorber choques entre elementos sometidos a presión.

Efectuar una limpieza de partes y piezas lubricados mediante el

arrastre de impurezas (Gil Martínez Hermógenes, 2005).

Aun teniendo un buen lubricante, existe una serie de factores que

19

determinan una buena lubricación y por tanto estos posibilitan o

impiden un correcto funcionamiento (Alonso Pérez J, 2009).

Estos condicionantes básicamente son:

Las presiones a las que se someta la película de lubricante.

La calidad superficial de las superficies en contacto.

La calidad y naturaleza del material en contacto.

La holgura existente entre los elementos móviles.

El ángulo de ataque (la forma) de las piezas en movimiento.

La velocidad de rozamiento relativa entre las piezas lubricadas.

2.6.1 PROPIEDADES DE LUBRICANTES.

El lubricante forma una película de aceite entre piezas sometidas a elevadas

temperaturas y presiones, la calidad del aceite está directamente relacionada

con que no se queme ni se rompa esta capa de aceite.

Cuyas propiedades más importantes son:

Propiedades físicas.

Viscosidad, adherencia a las superficies de rozamiento.

Cohesión, es la adherencia interna entre las moléculas que conforman

el lubricante.

Fluidez, es la propiedad opuesta a la viscosidad.

Propiedades térmicas.

Índice de viscosidad, es la capacidad de resistir a la variación de

viscosidad al tener cambios de temperatura.

Punto de inflamación, es la temperatura a la cual el aceite desprende

vapores en suficiente cantidad para inflamarse momentáneamente al

exponerle a una fuente de calor.

20

Punto de congelación, se refiere a la temperatura a la cual el lubricante

pierde toda capacidad de fluir.

Punto de enturbiamiento, es la temperatura a la cual las sustancias que

lo componen empiezan a separarse en forma de cristales aumentando

notablemente el riesgo de obstrucción en el circuito de lubricación.

Propiedades químicas.

Formación de espumas, el aceite produce espuma, por la agitación

enérgica, encerrando gas en la superficie, en forma emulsificada, lo

cual representa un alto riesgo ya que puede ingresar gas al sistema de

lubricación y restringir la capacidad de lubricar y de absorber calor de

piezas sometidas a fricción.

Emulsibilidad, la capacidad de separarse el aceite del agua en

condiciones normales.

El aceite de motor actual está formado por dos grandes familias el aceite base

que es el derivado del petróleo y los aditivos.

Aditivos para lubricantes de motor.

La característica principal de los aditivos es la de mejorar las características

físicas y químicas del lubricante base, representan un 20% del lubricante

actual, algunos de los aditivos más destacados son:

Antioxidantes, su objetivo es la de retardar la oxidación del aceite a

altas temperaturas y de no oxidar los metales que lubrica.

Aditivos para mejorar la viscosidad, ayudan a mantener la densidad del

lubricante deseada aun en variaciones de temperatura extremas.

Antiespumantes, eliminan la inserción de gas en el lubricante.

Detergente, se encarga de mantener los ductos de lubricación limpios.

Antidesgaste, este refuerza la película de aceite evitando el contacto

metal-metal a bajas temperaturas y suavizando el rozamiento (Gil

Martínez Hermógenes, 2005).

Todos estos aditivos están contenidos en las moléculas del lubricante.

21

2.7 CLASIFICACIÓN DE ACEITES PARA MOTOR.

La clasificación de los lubricantes utilizados para el motor, según SAE la

(Sociedad Americana de Ingenieros Automotrices), está enfocada en el uso

al que se destinara la utilización del motor, de ahí parte los aceites

monógrados y multígrado que dependerán del coeficiente de viscosidad que

necesita el motor en condiciones de funcionamiento, a la vez se subdividen

en minerales semisintéticos y sintéticos.

SAE, para clasificar los aceites tabla 1 (SAE, Aceites Monógrados), utilizados

en motores de combustión interna, se rigen en normas ASTM, (American

Society for Testing Materials).

La ASTM es el mayor contribuyente técnico de las normas ISO (Organización

Internacional de Normalización), es decir trabaja en la normativización y

mantiene un sólido liderazgo en la definición de los materiales y métodos de

prueba en las industrias petrolera y petroquímica.

Las normas ASTM establecen los requisitos que deben cumplir los aceites

lubricantes para motores de combustión interna de ciclo de Diésel y Otto.

Tabla 1. Clasificación SAE de aceites monógrados.

Grado de viscosidad

SAE

Viscosidad Dinámica máxima a temperatura mínima (mPa.s

a ºC)

Viscosidad Cinemática a 100 ºC, (m2/s)

SAE ARRANQUE BOMBEO Min. Max.

0W 6 200 a -35 60 000 a -40 3,8.10-6

5W 6 600 a -30 60 000 a -35 3,8.10-6

10W 7 000 a -25 60 000 a -30 4,1.10-6

15W 7 000 a -20 60 000 a -25 5,6.10-6

20W 9 500 a -15 60 000 a -20 5,6.10-6

25W 13 000 a -10 60 000 a -15 9,3.10-6

20 5,6.10-6 < 9,3.10-6

30 9,3.10-6 < 12,5.10-6

40 12,5.10-6 < 16,3.10-6

50 16,3.10-6 < 21,9.10-6

60 21,9.10-6 < 26,1.10-6

22

Ecuador tiene el Servicio Ecuatoriano de Normalización (INEN), es un

organismo público ecuatoriano encargado de la normalización, metrología y

reglamentación técnica de materiales y procesos.

Que en función de las normas ASTM, desarrolla la normalización y

estandarización de requisitos que deben cumplir los lubricantes que se

necesitan y que se comercializan, tomando en cuenta las características

geográficas del Ecuador.

Para motores a gasolina emplea la norma INEN 2027, (ANEXO.1) y para

motores a diésel emplea la norma INEN 2030, (ANEXO.2), tanto para

lubricantes monógrados y multigrados, que únicamente se aplica para

motores de cuatro tiempos.

Es decir un aceite monogrado, utilizara un coeficiente de viscosidad único a

una temperatura específica, se recomienda para motores estacionarios

donde las rpm no fluctúan y la temperatura de funcionamiento tampoco.

Un aceite multigrado mantendrá su coeficiente de viscosidad más estable,

este aceite se utiliza en motores, cuyas aceleraciones y rpm fluctúan

incidiendo directamente en la temperatura de funcionamiento del motor.

Estos aceites son delgados, es decir tienen la viscosidad 20, 30, 40 o 50,

tienen un polímero agregado, este polímero actúa y sostiene la viscosidad

cuando el motor llega a su temperatura normal.

Si el motor se sobrecalienta el aceite resiste más el adelgazamiento, como

indica tabla 2 (SAE Aceites Multigrados).

Por lo que la correcta selección del aceite está en función del grado de

viscosidad cinemática que especifica el fabricante del motor como del

lubricante, la temperatura optima del funcionamiento del motor y la

temperatura mínima del ambiente a la cual se pondrá en marcha al motor

(INEN 2027,2016).

Generando una gama más amplia de selección de lubricantes para estaciones

climáticas, para verano, para invierno, obteniendo una viscosidad más estable

tanto en arranques en frio como en condiciones normales de funcionamiento

del motor. Existen mecanismos en algunos vehículos que ayudan a alcanzar

más rápido la temperatura optima de funcionamiento, para tener una correcta

lubricación, como son intercambiadores de calor, con el refrigerante, o

recirculación de una fracción de gases de escape especialmente en casos de

invierno, todos estos mecanismos actúan una vez encendido el vehículo,

23

siendo expuestos a altas viscosidades y presiones altas de aceite lo cual es

perjudicial para el motor.

De ahí ya sea un aceite monogrado o multigrado, se puede obtener de

carácter mineral, semisintético y sintético. Los aceites multigrados fabricados

con base sintética, se obtienen haciendo una mezcla de síntesis de baja

graduación un SAE 10W o similar con un aceite mineral de alta viscosidad

como un SAE 50.

Tabla 2. Clasificación SAE de aceites multigrados.

Grado de viscosidad SAE

Viscosidad Cinemática a 100 ºC, (m2/s)

MIN. MAX.

0W20 5,6.10-6 9,3.10-6

0W30 9,3.10-6 12,5.10-6

0W40 12,5.10-6 16,3.10-6

5W20 5,6.10-6 9,3.10-6

5W30 9,3.10-6 12,5.10-6

5W40 12,5.10-6 16,3.10-6

5W50 16,3.10-6 21,9.10-6

10W30 9,3.10-6 12,5.10-6

10W40 12,5.10-6 16,3.10-6

15W40 12,5.10-6 16,3.10-6

15W50 16,3.10-6 21,9.10-6

20W20 5,6.10-6 9,3.10-6

20W30 9,3.10-6 12,5.10-6

20W40 12,5.10-6 16,3.10-6

20W50 16,3.10-6 21,9.10-6

25W50 16,3.10-6 21,9.10-6

25W60 21,9.10-6 26,1.10-6

24

El aceite mineral se obtiene de la destilación del petróleo, normalmente es un

aceite básico, que no posee características trascendentales en el cuidado del

motor por tal razón son los más económicos (Gil Martínez Hermógenes, 2005).

Los aceites semisintético, se componen generalmente del 80% de aceite

mineral y el 20% de aceite sintético, el aceite sintético se obtiene por

reacciones químicas en un laboratorio, cuyas características en cuidado del

motor son superior al de mineral.

Aceite sintético, se obtiene completamente por reacciones químicas en

plantas de producción, y su composición está enfocada en el total cuidado del

motor de ahí que es el aceite de mayor costo.

2.8 FACTORES QUE INCIDEN EN LA VIDA ÚTIL DEL

LUBRICANTE.

2.8.1 VISCOSIDAD:

Es la resistencia de un líquido a fluir, la medida de esa resistencia a fluir, es

el Poise, que es definido como la fuerza (medida en dynes) necesaria para

mover un centímetro cuadrado sobre una superficie paralela a la primera, a la

velocidad de 1 cm por segundo, con las superficies separadas por una película

lubricante de 1 cm de espesor.

En la práctica es medida en tubos capilares.

La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales y

se debe a las fuerzas de cohesión moleculares. Todos los fluidos conocidos

presentan algo de viscosidad. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido

ideal.El instrumento más empleado para medir y determinar la viscosidad en

un laboratorio, es el viscosímetro capilar en la figura 19.

En este tipo de viscosímetros un fluido es obligado a pasar a través de un tubo

observándose una distribución de velocidades en el tubo de tipo parabólico,

de forma que la porción del fluido que está en contacto con la paredes del

capilar tiene una velocidad nula y la porción del fluido que se encuentra en el

centro del tubo tiene una velocidad máxima. (Eugene A.Avallone, 2005).

25

En este tipo de viscosímetros, la viscosidad se mide a partir del flujo medio y

la presión aplicada. La ecuación básica es la ecuación de Hagen-Poiseuille

en la ecuación 2.

𝛾 =𝜋𝑟4∆𝑃 𝑡

8𝑉𝐿 [2]

Donde:

ΔP es la caída de presión a lo largo del capilar.

r es el radio del capilar.

L la longitud del capilar.

V el volumen de fluido que ha circulado en un tiempo t.

La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en movimiento.

Se ha definido la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo

cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de

viscosidad absoluta o viscosidad dinámica. Generalmente se representa por

la letra griega 𝜇.La medida más común en la mecánica se conoce como

viscosidad cinemática, descrita en ecuación 3, o “centistock” abreviada cSt y

se representa por V. Menciona Eugene A.Avallone, (2005), para calcular la

viscosidad cinemática basta con dividir la viscosidad dinámica por la densidad

del fluido. Cuando un laboratorio mide la viscosidad, mide esta resistencia y

cruza con una tabla (manual o automática) para reportar la viscosidad cSt.

La viscosidad varía inversamente proporcional con la temperatura.

Por eso su valor no tiene utilidad si no se relaciona con la temperatura a la

que el resultado es reportado.

Figura 19. Esquema viscosímetro capilar. (Avallone A Eugene, 2005)

26

𝒗 =𝜇

𝜑

𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 dinámica

𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 [3]

Para el caso de lubricantes automotrices y derivados del petróleo, existe una

norma que permite calcular la viscosidad, en función de la temperatura,

extrapolando información, en tablas para determinar la viscosidad deseada,

es la norma ASTM D341 (Anexo.3).

La norma ASTM D341, permite determinar la viscosidad operacional

cinemática cSt de un lubricante, en función de la temperatura operacional,

partiendo de dos viscosidades conocidas con sus respectivas temperaturas,

la norma nombra a su cuadricula ASTM D341, como carta ver carta1.

Aplicando la cuadricula de ASTM D341, con escala logarítmica de viscosidad

cinemática, a partir de dos viscosidades cinemáticas cSt que la ficha técnica

del lubricante siempre están presentes a 40oC y a 100oC, se ubica en la

cuadricula los puntos de intersección (cSt, oC) respectivamente, posterior se

une los puntos , generando una línea recta que interseca varios puntos en la

cuadricula, determinando así las diferentes viscosidades a diferentes

temperaturas, es decir se grafica el comportamiento de viscosidad del

lubricante a partir de dos viscosidades conocidas con sus temperaturas

específicas (ASTM D341).

2.8.2 ÍNDICE DE VISCOSIDAD.

Según AMALIE Motor Oil, (2016) se refiere a la variación de viscosidad con

respecto a dos temperaturas específicas que dicta el fabricante. Es decir aun

teniendo diferentes marcas de aceite a la misma viscosidad 10W-30

semisintéticos, las viscosidades a 100oC y 40oC, no serán las mismas,

depende mucho de la mezcla de aditivos y calidad de aceite base que utilice

el fabricante como indica la tabla.3.

El índice de viscosidad es un indicador adimensional del desempeño del

lubricante independiente de la clasificación SAE, indica la razón de cambio de

la viscosidad en función de la temperatura.El índice de viscosidad para

motores de combustión interna sus valores se encuentran entre 90 y 160.

27

Mientras más alto sea el valor del índice de viscosidad, mayor será protección

para el motor.

Según AMALIE MOTOR OIL, (2015) un lubricante debe tener un alto índice

de viscosidad si una o más de las siguientes condiciones se presentan:

.-No se conoce el valor de óptimo de la viscosidad.

Existen condiciones de carga y velocidad variables.

Existen variaciones en la temperatura ambiente.

Se requiere incrementar la eficiencia energética.

Para incrementar la vida útil en servicio del aceite (temperaturas

promedios más bajas).

Para incrementar la vida en servicio de la máquina (menos

reparaciones y paros de planta.

2.8.4 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL MOTOR.

Los motores de combustión interna están diseñados para operar

eficientemente mientras se mantenga la temperatura interna entre 82oC y

100oC. Existe un punto óptimo de temperatura que dicta el fabricante de cada

marca, pero todos están dentro de este rango (Gil Martínez Hermógenes,

2005).

Se describe capacidad de refrigerante y características técnicas de termostato

para motor Suzuki F10A, en ANEXO 4.3.

Tabla 3. Índices de viscosidad de diferentes lubricantes 10W-30.

MARCA DE LUBRICANTE.

10W-30 Semisintético

VISCOSIDAD

A 100OC.

VISCOSIDAD

A 40OC.

ÍNDICE DE

VISCOSIDAD.

AMALIE IMPERIAL TURBO 10.5 69 140

KENDALL LIQUID TITANIUM 10.9 68 151

MOBIL SUPER 2000 10.4 66.3 145

Chevron SUPREME OIL 10.3 68.4 137

28

Si funciona el motor con la temperatura por encima de este rango:

Corre el riesgo de reducir la viscosidad del aceite, disminuyendo la

protección al desgaste.

Provoca incremento de fricción entre las piezas móviles.

Incrementa el calentamiento de las piezas.

Causa auto ignición por encender el combustible en el cilindro antes de

tiempo.

Si opera con una temperatura por debajo de este rango:

Aumenta el consumo de combustible porque el sistema ajusta la

mezcla para la temperatura del motor.

Acumula agua en el aceite como residuo de la combustión, causando

corrosión, herrumbre, formación de lodos, taponamiento del filtro de

aceite y por ende la circulación de aceite “sucio” por el motor.

Aumenta el consumo de aceite y desgaste de piezas porque ellas están

diseñadas para expandir hasta su tamaño y tolerancia normal cuando

están en el rango correcto de temperatura.

Reduce la potencia del motor por la pérdida de compresión y la falta de

temperatura para una combustión eficiente.

Causa herrumbre en el sistema de escape por la falta de evaporación

del agua residual de la combustión.

Causa depósitos de carbón y barniz en las válvulas, bujías y pistones.

En la cámara de combustión en el momento de la explosión y los primeros

momentos de expansión se alcanza temperaturas en el orden de 2000 oC.

Las válvulas de escape soportan una temperatura máxima de 780 oC.

Los asientos de válvula soportan una temperatura máxima de 400 oC.

El vástago y guía de la válvula de admisión soportan máximo 270 oC.

La temperatura máxima admisible en los pistones es de 300 oC

El agua hierve a 100 oC , un refrigerante de marca a 143 oC.

El punto de inflamación de los aceites de uso automotriz es 250 oC a 340 oC.

El acero como base de fabricación del Bloque Motor se funde a 1400 oC.

El aluminio como material base de culatas y pistones se funde a 600 oC.

29

Con solo estas consideraciones previas, se puede establecer que el sistema

de refrigeración debe evacuar gran cantidad de calor de forma rápida, eficaz

y controlada. Para ello los fabricantes emplean materiales cuyos coeficientes

de conductividad térmicos son más eficientes.

La conductividad térmica de un material se refiere a la capacidad de permitir

la transferencia de calor a través de su masa, en función de la sección y

tiempo, se denomina Kt (coeficientes térmicos) (Gil Martínez Hermógenes,

2005).

El calor se transfiere, o se transmite, de cosas más calientes a cosas más

frías. Si están en contacto varios objetos con temperaturas distintas, los que

están más calientes se enfrían y los que están más fríos se calientan.

Tienden a alcanzar una temperatura común. Este equilibrio de temperaturas

se lleva a cabo de tres maneras: por conducción, convección y radiación (Gil

Martínez Hermógenes, 2005).

2.8.5 VISCOSIDAD EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA.

Considerando que, el motor al transformar la energía química del combustible

en energía mecánica, alcanza temperaturas instantáneas en la cámara de

combustión en el orden de 2000 oC.

El sistema de refrigeración debe extraer el 35% del calor generado por la

transformación de energía química en mecánica y mantener la temperatura

del motor en su rango óptimo de funcionamiento entre 82 oC y 100 oC aprox.

Y que la viscosidad del lubricante es inversamente proporcional a la

temperatura, surge la necesidad de la correcta selección del lubricante en

función de la temperatura óptima de funcionamiento.

Es decir cuando el motor está debajo de la temperatura optima, existe una

lubricación muy pobre y frecuentemente el aceite está pasando por la válvula

de alivio de presión directamente a los cojinetes sin pasar por el filtro de aceite,

lo cual arrastra impurezas produciendo desgaste prematuro y contaminación,

hasta que el motor caliente y la temperatura operacional llegue al estado

óptimo, solo ahí se alcanza la protección adecuada del lubricante. y permite

que el aceite circule correctamente por el filtro de aceite (Gil Martínez

Hermógenes, 2005).

30

2.9 CURVA DE VISCOSIDAD.

La influencia de la temperatura en la viscosidad es inversamente proporcional,

es decir a mayor temperatura se reduce la viscosidad,

La variación de la viscosidad con la temperatura en los líquidos corresponde

a ecuaciones del tipo logarítmica como la ecuación 4:

𝑙𝑜𝑔𝑛 = 𝐴 +𝐵

𝑇+𝐶 [4]

Donde:

A, B y C: Constantes de cada líquido.

T: Temperatura de exposición del lubricante.

En la práctica se representa el comportamiento del lubricante en escala

logarítmica.

En la carta 1 de la norma ASTM D341, se puede comprobar que esta

formulación permite determinar la viscosidad de un aceite a cualquier

temperatura, con solo conocer dos valores de viscosidad con sus respectivas

temperaturas ya que en la gráfica la relación es lineal.

La curva de viscosidad, se obtiene en función de la viscosidad cinemática cSt

y de la temperatura a la que está expuesta, como indica la figura 20.

Teniendo en cuenta a la viscosidad de protección operacional para la cual fue

diseñado el lubricante SAE (Widman, 2015).

Figura 20. Curva de viscosidad y zona de protección 10W-30. (Widman, 2015)

31

La viscosidad es la característica más importante de la lubricación.

Si la viscosidad del aceite es muy baja para la aplicación, el desgaste es

mayor por falta de colchón hidrodinámico.

Si la viscosidad del aceite es muy alta para la aplicación, el consumo de

energía es mayor, el desgaste puede ser mayor por falta de circulación y el

aceite se calentará por fricción. Solamente la viscosidad correcta maximizará

la vida útil y la eficiencia del motor y del lubricante. Un aceite delgado es

menos resistente a fluir por eso su viscosidad es baja.

Un aceite grueso es más resistente a fluir y por eso tiene una viscosidad más

alta. Las viscosidades de los aceites normalmente son medidas y

especificadas por el fabricante, en centistock (cSt) a 40°C y 100°C (Widman,

2015).

2.10 CAUDAL Y PRESIÓN DE ACEITE.

El caudal es la relación entre el volumen de lubricante desplazado y el tiempo

en hacerlo. El flujo de aceite hacia los descansos y puños del cigüeñal debe

ser constante. Para ello se utiliza una bomba de aceite que da caudal.

El rendimiento de la bomba de lubricantes se controla midiendo los litros por

minuto que desplaza.

Como la bomba gira relacionada con el motor, a mayores revoluciones, mayor

caudal. Para controlar la variación constante de presión, se utiliza una válvula

reguladora de presión descrita en la sección 2.5.2 de este trabajo. Para

bombas de uso automotriz el cálculo base sigue siendo el mismo, se calcula

el volumen de lubricante desplazado por cada revolución en determinado

tiempo descrita en la ecuación 5.

32

𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

𝑄 =(𝐷2−𝑑2)

4𝑥 𝜋 𝑥 𝐿 𝑥 𝑅𝑃𝑀 𝑥 10−6 [5]

Donde:

Q: Caudal.

D: Diámetro exterior del piñón conductor.

D: Diámetro interior del piñón conductor.

L: Longitud del piñón.

RMP: Giros del motor.

Presión de aceite.

La presión de aceite se debe a la resistencia que opone el aceite a fluir ante

la acción de la bomba, como indica la figura 21.

Los diseños de bomba de aceite son de desplazamiento positivo, es decir que

"transportan" la misma cantidad de aceite por cada giro.

El valor de la presión de aceite, está condicionado a la viscosidad del

lubricante. Para prevenir las condiciones de presión excesivamente alta en el

uso real un arranque con mucho frío, cuando el aceite está demasiado viscoso

y es muy difícil de bombear los fabricantes colocan a la salida de la bomba

una válvula de seguridad o alivio ("by-pass") que se abre a una presión

máxima especificada, depende del criterio de cada fabricante, pero oscila

entre 6 y 8 Kg/cm2.

Figura 21. Lubricación bomba de engranajes. (Widman, 2015)

33

La presión de aceite se resume al esfuerzo que realiza la bomba para hacer

mover el lubricante y este esfuerzo se describe una variación de la ecuación

de viscosidad dinámica. Ecuación 6 de Hagen Poiseuille de la cual se despeja

∆𝑃 para sustituir las variables conocidas y encontrar el valor de la presión de

aceite y se obtiene la ecuación 7.

𝑄 =∆𝑃 𝜋 𝑟4

8 𝜇 𝐿 [6]

∆𝑃 =𝑄 8(𝜇)𝐿

𝜋 𝑟4 [7]

Figura 22. Fluido no Newtoniano Hagen Poiseuille. (Avallone A Eugene, 2005)

34

3.- METODOLOGIA.

Para cumplir el objetivo de esta tesis, se propone la construcción e

implementación de un sistema externo que permita mejorar las condiciones

de encendido y prolongar la vida útil del motor Suzuki F10A.

Para el desarrollo del proyecto se realizó una investigación bibliográfica

referente al tema de interés.

Se identificó los parámetros, variables que influyen en las condiciones de

puesta en marcha del motor y consecuencias de fallos en el sistema de

lubricación. También se identificó características técnicas del vehículo

Chevrolet Super Carry motor Suzuki F10A según el fabricante en el manual

de reparación ANEXO 4, como del lubricante a utilizar y se analizó el

comportamiento de la viscosidad en función de la temperatura, (curva de

viscosidad), con la carta 1 de la norma ASTM D341 ANEXO 3.

Se realizó cálculos de caudal con la ecuación [5], de presión de aceite con la

ecuación [7], de energía utilizada por el sistema externo con las ecuaciones

[8-9], de viscosidad dinámica a diferentes temperaturas con la ecuación [3],

para poder seleccionar los equipos a utilizar en este proyecto.

Esto permitió instalar en el vehículo, indicadores que permitan obtener

información de parámetros y variables al encender el motor, como

temperatura Ambiente (Termómetro digital), temperatura de aceite en el

cárter. (Termómetro digital y analógico), temperatura del refrigerante.

(Termómetro digital y analógico), Presión de aceite. (Manómetro de Presión

de aceite con cañería de competencia Auto Meter, medidor de rpm de

competición Auto meter. Anexo 5, indicadores externos 2 termómetros de

punta y un pirómetro de radiación por infrarrojo, que permitieron controlar y

corroborar información de indicadores instalados Anexo 6 y con ayuda de una

cámara de video se registró la variación de temperaturas y presión de aceite,

a la vez permitió cuantificar el tiempo transcurrido.

Se realizó pruebas para obtener datos que permitan graficar y describir el

comportamiento de los parámetros y variables.

El procedimiento de cada prueba realizada, consistió en crear una tabla de

datos en la que se registra el tiempo, temperatura del aceite, temperatura del

refrigerante, temperatura ambiente, presión de aceite, iniciales antes del

primer arranque y cada 20 segundos después de encendido el motor durante

35

660 a 700 segundos , suficiente para poder registrar el comportamiento inicial

del motor.

Prueba 1, encendido convencional, en la que se tomó datos del

comportamiento térmico del motor, sin utilizar el sistema externo.

Una vez instalado el sistema externo de precarga y calentamiento del

lubricante propuesto en este proyecto, se realizó pruebas para obtener datos

con los indicadores instalados.

Primero se calienta el lubricante a 50oC, luego con la bomba externa se

presuriza en el motor a 20 PSI durante 10 segundos.

Prueba 2, calentamiento del lubricante en cárter externo y precarga de

lubricación.

Prueba 3, calentamiento de lubricante en el cárter del motor y precarga de

lubricación.

Prueba 4, calentamiento del lubricante en el cárter del motor, precarga de

lubricación y luego de encender el motor se deja energizadas las bujías

incandescentes, por un periodo de tiempo que permita acelerar el

calentamiento del lubricante.

Los datos a obtenidos, se registraron desde que el motor se pone en marcha,

es decir, no se considera el tiempo en que tarda en calentar el lubricante.

Las constantes para las pruebas 2-3-4 son:

El precalentamiento del lubricante antes de poner en marcha a 50oC.

Presión de precarga de lubricante 20 PSI durante 10 segundos.

RPM, se fija a 1000 rpm desde que se enciente el motor, esta acción

permite mantener constante el caudal despachado por la bomba de

aceite del motor que es 14.98 Litros por minuto.

36

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS.

Mediante la investigación se pudo evidenciar las consecuencias de la

lubricación pobre, en piezas de rotación y deslizantes, al encender en el motor

frio.

Se logró cuantificar a detalle la presión de aceite, temperatura del lubricante,

temperatura del refrigerante, de tal manera que permitió reconocer los valores

a los cuales el motor trabaja en mejor condición.

Estos valores permitieron seleccionar los elementos a utilizar para no

sobredimensionar valores de caudal ni de presión, obtenidos del

funcionamiento convencional del motor. Con la construcción e implementación

del sistema externo propuesto en este proyecto permite influenciar en las

condiciones antes de poner en marcha y poder mejorar las condiciones de

encendido del motor y cumplir el objetivo de prolongar la vida útil del motor.

4.1 ANÁLISIS DE LUBRICACIÓN DEFICIENTE EN EL MOTOR. El Dr. Ernst Mahle, creador y fundador de la empresa y marca Mahle, que en

el mercado es uno de los más grandes referentes en cuanto a calidad de

repuestos tanto para motores a diésel como a gasolina, nos da una guía de

diagnóstico, de los elementos internos que dependen de una correcta

lubricación para su óptimo desempeño.

4.1.1 PISTONES.

La causa principal de generar un gripado de piezas sometidas a fricción

principalmente es por ausencia de lubricante, a la vez un gripado también se

puede generar por una deficiencia en el sistema de refrigeración.

En el pistón de la figura 23, se gripo consecuencia de la pobre lubricación, en

el primer arranque del motor, generando altas temperaturas entre partes de

fricción, pistones, rines, y cilindros, llegando a griparse, fundirse, teniendo

como resultado el cambio tanto de partes como piezas afectadas por el

gripado.

37

4.1.2 RINES O ANILLOS.

Una pobre lubricación en el primer arranque del motor, se debe a varios

factores como a una bomba de aceite gastada, tener un exceso de

combustible de tal manera que lava las paredes del cilindro eliminando el

lubricante, factores que no permiten que exista la cantidad de aceite suficiente

, como para evitar el desgaste del motor, en consecuencia del arranque en

seco se desgastan los rines, específicamente la superficie de contacto,

afectando el perímetro del anillo, desgastándolo y perdiendo la capacidad de

retener, sellar y lubricar las paredes del cilindro como indica la figura 24, a la

vez que se produce el desprendimiento de materiales sujetos fricción (Manual

de diagnóstico MHALE, 2014)

Figura 23. Pistón Gripado.

Figura 24.Rines gripados.

38

4.1.3 CAMISAS DE MOTOR.

La falta de lubricante en las paredes internas del cilindro, hace que los rines y

el bruñido, rayado de los cilindros como indica la figura 25, se desgasten

prematuramente provocando rayas verticales y marcas de gripado con

arrastre de material, como indica la figura 26 (Manual de diagnóstico MHALE,

2014.).

4.1.4 COJINETES.

La mayor parte del desgaste del cojinete se produce en la primera puesta en

marcha del motor, por ello es fundamental que llegue la cantidad sufriente de

aceite oportunamente, con una correcta lubricación el cojinete está concebido

para desgastarse progresivamente teniendo una larga vida útil, al no tener

suficiente aceite en los momentos de puesta en marcha, puede ocurrir que

Figura 25. Bruñido de cilindro del motor.

Figura 26. Cilindro gripado del motor.

39

como consecuencia del gripado del cojinete , con el cigüeñal, el cojinete se

gire, obstruyendo los ductos por los que circula el aceite, produciendo un

colapso prematuro del motor y fundirlo por falta de lubricación, como indica la

figura 27 (Manual de diagnóstico MHALE, 2014.).

4.1.5 CIGÜEÑAL Y ÁRBOL DE LEVAS.

Tanto el cigüeña, figura 28,como el árbol de levas figura 29, trabajan sujetos

por unas bancadas (tapas o cepos), que dependen de una correcta y oportuna

lubricación para evitar el desgaste y que estos elementos giren libremente sin

esfuerzo, de tal manera que no generen temperatura ni se desgasten

prematuramente (Manual de diagnóstico MHALE, 2014.).

Al producirse un desgaste prematuro, un gripado con arrastre de material,

estos elementos dejan de girar centrados en sus alojamientos, produciendo

vibración, incluso a estar expuesto a una ruptura tanto el cigüeñal como el

árbol de levas.

Figura 27. Cojinetes gripados.

Figura 28.Cigüeñal gripado.

40

4.1.6 VÁLVULAS Y GUÍAS DE VÁLVULAS.

La función principal es permitir el ingreso de nueva mezcla aire-gasolina, con

la abertura de la válvula de admisión, hacia el cilindro, y la de evacuar

oportunamente los gases combustionados al abrir la válvula de escape, el

desplazamiento de las válvulas es accionado por el árbol de levas,

deslizándose las válvulas por medio de un cilindro llamado guía de válvula.

La función de la guía de válvula es la de permitir el desplazamiento de la

válvula, de manera centrada y con la holgura suficiente para permitir una fina

lubricación, para así evitar el rozamiento en seco y romper o trizar los

elementos en fricción.

La consecuencia de tener una deficiente lubricación, al ponerse en

movimiento, es generar elevada temperatura que disminuye la viscosidad de

la poca lubricación que posee, perdiendo así la capacidad de desplazarse

libremente y empieza a desprenderse el material tanto de la válvula como de

la guía de válvula, llegando a tener un desgaste prematuro, como indica la

figura 30 , permitiendo que la válvula de se desplace descentrada, que la guía

posea mayor holgura , haciendo que el consumo de aceite sea de manera

inevitable y prematura, llegando a realizar un mantenimiento correctivo que

incluya el remplazo de estos elementos (Manual de diagnóstico MHALE,

2014.)

Figura 29.Árbol de levas gripado.

41

4.2 ANÁLISIS DEL MOTOR SUZUKI F10A.

El vehículo Super Carry, de motor Suzuki F10A, modelos ilustrados en la

figura 31, fueron fabricados por la compañía Japonesa Suzuki Motor

Corporation, el modelo Super Carry, desde el año 1961 hasta 2005.

Las versiones japonesas, en adelante hasta 2008, son de procedencia de

Indonesia, para efectos del proyecto técnico se utiliza un modelo 2002

Japonesa, comercializado por Chevrolet (Acelerando Magazine, 2008)

Los vehículos Super Carry que se circulan en Ecuador de características

técnicas expuestas en la tabla 4, (Autodata 3.40, 2014), son provenientes de

Colombia, ya que General Motors hasta el 2005 tuvo, participación de Suzuki

Motor Corporation, con ensambladoras en Colombia, que bajo licencia de

Suzuki, armó y comercializo el modelo Chevrolet Super Carry, exportando

estos vehículos hacia los países vecinos, Venezuela y Ecuador.

Figura 30. Guía de válvula y válvula de culata gripada.

Figura 31. Modelos fabricados de Super Carry F10A. (Manual de reparación Suzuki F10A, 2002)

42

En la actualidad el remplazo del modelo Super Carry llego en el año 2010, con

el modelo VAN N 200 y 300 de fabricación China, por SAIC-GM-Wuling.

La aceptación en el mercado Ecuatoriano y a nivel mundial fue exitosa debido

a la versatilidad y variedad de los modelos F10A, al alto rendimiento de

combustible por kilómetros, bajo cilindraje, fuerte relación de transmisión,

cinco velocidades, alta capacidad de carga, tanto para modelo furgoneta

figura 32 ,como modelo Pick-Up figura 33.

Figura 32. Modelo Furgoneta Suzuki F10A.

Figura 33. Modelo Pick-Up Suzuki F10A.

43

Tabla 4. Características técnicas del motor Suzuki F10A

(Autodata 3.40, 2014)

4.2.1 CIRCUITO DE LUBRICACIÓN MOTOR SUZUKI F10A.

En el (ANEXO 4.5),describe el circuito de lubricación, donde se expone dos

válvulas de control de exceso de presión o retornos, la principal es la válvula

de alivio ubicada en la bomba de aceite, como dato técnico menciona que se

abre cuando la presión de aceite sobrepasa los 46,9 PSI, este dato es

importante ya que al tener un aceite frio la presión de aceite llega a sobrepasar

dicho valor, lo cual indica que el exceso de presión abre la válvula de retorno

y reduce el caudal de aceite que debe ingresar al motor, teniendo un déficit

de lubricante provocando que las partes móviles trabajen sin la cantidad

suficiente de lubricante, sufriendo desgaste hasta que la presión sea menor

a 46,9PSI para que ingrese el caudal total dado por la bomba de aceite.

La bomba de aceite del motor Suzuki F10A, figura 34, es de tipo de engranajes

interiores, cuyas características técnicas se describe en la tabla 5.

Tipo 4 Cilindros en “L inclinado” SOHC.

Posición Delantera longitudinal inclinada.

Modelo F 10 A.

Cilindrada. 970 c.c.

Diámetro del Cilindro 65,5 mm.

Potencia Máxima 44 HP @ 5300 RPM.

Torque Máximo 7,6 Kg.m. @ 3200 RPM.

Carrera del pistón 72 mm.

Capacidad del tanque combustible. 9,78 galones.

Relación de transmisión en eje diferencial. 5,125 : 1

Capacidad de carga 645 Kg.

Capacidad con Filtro d aceite 3.2 Litros

Grado del aceite del Motor Clima Moderado 10W-30

Figura 34. Bomba de aceite Suzuki F10A.

44

Tabla 5. Características técnicas de bomba de aceite Suzuki F10A.

TIPO BOMBA DE ACEITE ENGRANAJES INTERIORES.

APLICACIÓN SUZUKI F10A

CAUDAL A 1000 RPM 14.98 LITROS/MINUTO

PRESIÓN DE APERTURA VÁLVULA DE ALIVIO. 46.9 PSI

RELACIÓN DE TRANSMISIÓN ENTRE PIÑÓN CONDUCTOR Y CONDUCIDO. 0.8214

(YSK fabricante, 2016)

4.3 PROPUESTA PARA MEJORAR CONDICIONES DE

PUESTA EN MARCHA DEL MOTOR.

Consiste en calentar el aceite y hacerlo ingresar a presión al motor, generando

un baño de aceite y presurizando los ductos de lubricación del motor con

aceite caliente, para mejorar las condiciones de arranque en frio. Para el

calentamiento del aceite se utiliza bujías incandescentes, para presurizar el

lubricante se utiliza una bomba externa con un comando eléctrico desde la

cabina, un medio filtrante para asegurar que el aceite que ingresa en el motor

este limpio , dos válvulas check o unidireccionales que permitan la circulación

del lubricante en un solo sentido, también se ha equipado en la cabina del

vehículo interruptores para accionar el funcionamiento de las bujías de

precalentamiento y la bomba externa, de igual manera termómetros de reloj

analógicos y digitales para monitorear temperatura ambiente , temperatura del

cárter tanto del motor como del cárter externo, temperatura del refrigerante ,

un manómetro directo con cañería de presión de aceite ,un medidor de RPM

y adicional se instaló en paralelo otra batería para compensar la caída de

tensión generada al accionar las bujías incandescentes.

4.3.1 SELECCIÓN DE ACEITE PARA PROYECTO.

Se escogió aceite de marca AMALIE 10W-30 Imperial Turbo, de ficha técnica

en tabla 6 por la disponibilidad de información técnica de los lubricantes, a la

vez es una marca que está entre las más comercializadas en el país, también

porque cumple a satisfacción los requisitos planteados por la norma INEEN

45

2027, para ser comercializado en Ecuador, la capacidad de lubricante del

motor se describe en ANEXO 4.1.

Tabla 6. Características técnicas AMALIE 10W-30.

TABLA DE VALORES DE INSPECCIÓN IMPERIAL TURBO 10W-30.

Grado

SAE

Densidad

API

Punto de

evaporación oc

Viscosidad cSt Índice de

viscosidad

Punto de

escurrimiento oc 100oC 40oC

10W-30 29.5 205 10.5 69 140 -35

Para obtener la curva de viscosidad nos remitimos a la carta 1 de la norma

ASTM D341, que permite obtener la curva de viscosidad en función de la

temperatura, partiendo de dos viscosidades conocidas a temperaturas

especificadas descritas en la tabla 6 a [40oC;69cSt] y [100oC;10.5cSt] ,En la

figura 36. Se unen los dos puntos de referencia sobre la carta 1 y se prolonga

la recta descrita.

Figura 35. Cálculo de curva de viscosidad AMALIE 10W-30.

46

La recta representada sobre la carta 1, interseca valores de temperatura y de

viscosidad cuyos valores se debe agrupar en pares ordenados describiendo

un punto sobre un cuadro cartesiano y resultado de la unión de los puntos

descritos permiten tener la curva de viscosidad, que es el comportamiento de

la viscosidad del lubricante en función de la temperatura.

4.3.1.1 Análisis curva de viscosidad AMALIE 10w-30.

Con la aplicación de la carta 1 de la norma internacional ASTM D341, se

obtiene datos de temperatura y viscosidad que intersecan la recta

proporcionada por los dos puntos de partida que son datos referentes del

fabricante del lubricante a aplicar en el proyecto y se obtiene la curva de

viscosidad figura 37.

Figura 36. Curva de Viscosidad AMALIE 10W-30.

4.3.1.2 Sección de interés curva de viscosidad.

SAE determina la viscosidad óptima de lubricación, en aceites para motor en

la tabla 7, específica el rango de viscosidad óptima en función de la selección

del aceite, para el proyecto es 10W-30, misma que especifica una viscosidad

optima operacional entre 9,3cSt-12,5cSt.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Vis

cosi

dad

cSt

Temperatura Grados Celsius

Curva de Viscosidad

SAE 10W-30 AMALIE Imperial Turbo

47

Tabla 7. Viscosidad óptima para aceite 10W-30

Viscosidad optima a temperatura de operación requerida por el

fabricante del motor a 100oC

Viscosidad

SAE.

9,3 cSt a 12,5 cSt. 10W-30

La figura 37, indica la ampliación de la curva de viscosidad en la sección de

interés para poder determinar la temperatura operacional del motor a la cual

se consigue el rango de viscosidad óptima.

Se determinó que el rango óptimo de lubricación, entre 9.3 cSt y

12.5Cst, para aceite AMALIE Imperial Turbo 10W-30, es cuando el

lubricante se encuentra entre 92.24oC temperatura mínima y 105.45 oC

temperatura máxima, siendo la temperatura ideal 98,84oC.

Se pudo observar que la viscosidad tiende a incrementa

exponencialmente cuando la temperatura tiende a ser menor de 30 oC.

A partir de los 300C en adelante, la viscosidad es menor tiende a bajar

el valor reduciendo el esfuerzo de la bomba de aceite y el valor de

presión de aceite.

4.3.2 ANÁLISIS DEL SISTEMA DE CALENTAMIENTO DE LUBRICANTE

PROPUESTO ANTES DE PUESTA EN MARCHA DEL MOTOR.

La propuesta cara el calentamiento de lubricante se considera la mejor opción

con bujías incandescentes expuestas en la tabla 8, se consideró fundamental

que la longitud del electrodo debe ser pequeño para poder insertarlo en el

Figura 37. Ampliación curva de viscosidad AMALIE 10W-30.

48

cárter externo y en el cárter del motor y se tomó en cuenta las marcas más

comercializadas en ecuador.

Tabla 8. Selección de bujías incandescentes.

MARCA CÓDIGO RESISTENCIA VOLTAJE ROSCA Longitud del

Electrodo

BOCH 0 250 001 016 1.1Ω 11v M18x1.5x18 28 mm

Denso 172 Sin especificar 11v M10x1.25x30 21.8 mm

NGK A39J 0,9Ω 11v M10X1,25X19 22 mm

Se determinó utilizar la bujía NGK, por el motivo que al tener una rosca M10x

1,25x19, el diámetro a perforar es menor, ha menor diámetro se reduce la

superficie de contacto entre el cárter y la bujía reduciendo la posibilidad de

tener fugas de aceite, a la ves la longitud de la rosca influye en la penetración

de la bujía en el cárter, ha mayor longitud de rosca mayor penetración y se

adiciona la longitud del electrodo.

Por lo que la Bujía NGK A39J fue la seleccionada para cumplir el objetivo de

calentar el lubricante figura 38.

4.3.2.1 Características técnicas de bujía de incandescente.

Según la fábrica Brasilera de NGK, las características técnicas son las

descritas en la tabla 9, menciona que la baja resistencia de la bujía es para

que pueda circular la mayor cantidad de corriente con facilidad y pueda

cumplir su propósito de alcanzar los 900oC en aproximadamente en 10

segundos.

Figura 38. Bujías incandescentes. (NGK, 2016)

49

Tabla 9.Características técnicas bujías incandescentes NGK.

(NGK, 2016)

4.3.2.2 Cálculo consumo de corriente.

Para calcular el consumo de corriente se utiliza la ley de ohm y la aplicación

principios básicos de circuitos en serie y paralelo.

Gráficamente la configuración eléctrica de las bujías en el cárter, lo indica la

figura 39.

+

-

Según la tabla 9 que expone las características técnicas de las bujías

incandescentes se obtiene el dato de la resistencia eléctrica de 0.9Ω

cada una.

Cálculo de resistencia eléctrica.

1

𝑅𝑇=

1

𝑅1+

1

𝑅2+

1

𝑅3+

1

𝑅4+

1

𝑅5+

1

𝑅6+

1

𝑅7+

1

𝑅8

1

𝑅𝑇=

1

0.9Ω+

1

0.9Ω+

1

0.9Ω+

1

0.9Ω+

1

0.9Ω+

1

0.9Ω+

1

0.9Ω+

1

0.9Ω

1

𝑅𝑇=

1

365

Ω

𝑅𝑇 =5

36= 0.1388 Ω

MARCA CÓDIGO RESISTENCIA VOLTAJE ROSCA APLICACIÓN

NGK A39J 0,9Ω 11v M10X1,25X19 Kia Pregio 2.7

R

1

R

2

R

3

R

6

R

5

R

4

Figura 39. Diagrama eléctrico de bujías incandescentes.

50

Cálculo de intensidad de corriente.

𝐿𝑒𝑦 𝑑𝑒 𝑂ℎ𝑚 𝑉 = 𝐼𝑥𝑅 [8]

𝐷𝑒 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝐼 =𝑉

𝑅

𝐼 =12𝑣

0.1388Ω

𝐼 = 86.45𝐴

Cálculo de potencia eléctrica.

𝑃 = 𝑉𝑥𝐼 [9]

𝑃 = 12𝑣 𝑥 86.45𝐴

𝑃 = 1037.46 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠.

El valor de 86.45 Amper de corriente que necesitan las bujías

incandescentes para funcionar no satisface la batería del auto ya que

es de 45 Ah, por lo que se decide instalar una batería de idénticas

características a la original del vehículo en paralelo para mantener el

voltaje y duplicar el valor de corriente a 90Ah.

4.3.2.3 Cálculo de energía utilizada para calentar lubricante.

Para el cálculo de la cantidad de energía utilizada para calentar el lubricante

se aplica la ecuación de calor específico ecuación 10.

𝐶𝑒 =𝑄

𝑚𝛥𝑇 [10]

Donde:

Q= Calor que necesita para calentar o calor suministrado.

m= Masa del cuerpo a calentar.

Ce= Calor especifico del cuerpo.

𝛥𝑇= Diferencial de temperatura.

Se calienta 3 Litros de aceite 10W-30 semisintético, de 16.3oC a 30oC en 320

segundos.

51

Los datos del lubricante obtenidos de la ficha técnica son:

Densidad: 𝛿 = 876.1𝐾𝑔

𝑚3

Calor específico: 𝐶𝑒 = 1964𝐽

𝐾𝑔

Cálculo masa del lubricante.

𝛿 =𝑚𝑎𝑠𝑎

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛

𝑚𝑎𝑠𝑎 = 𝛿 𝑉

𝑚𝑎𝑠𝑎 = 876.1𝐾𝑔

𝑚3 𝑥 0.003𝑚3

𝑚𝑎𝑠𝑎 = 2.6283 𝐾𝑔

Cálculo de energía utilizada para calentar lubricante con bujías

incandescentes.

𝑄 = (𝑚𝑎𝑠𝑎)(𝐶𝑒)(∆𝑇)

𝑄 = (2.6283 𝐾𝑔)(1964𝐽

𝐾𝑔)(30 − 16.3)

𝑄 = 70667 𝐽

Cálculo de gasolina necesaria para obtener 70667 J de calor.

Datos de gasolina extra de ecuador.

Poder calorífico: 𝑃𝑐 = 11000𝐾𝑐𝑎𝑙

𝑚3 = 46054.8𝐽

𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜

Densidad: 𝛿 = 0.68𝐾𝑔

𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜

𝑄 = (𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛)(𝑃𝑐)

(𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛) =𝑄

(𝑃𝑐)

(𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛) =70667 𝐽

(46054.8𝐽𝐿)

(𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛) = 1.5 𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠.

Para obtener 70667 J de calor generados por las bujías

incandescentes equivale a combustionar 1.5 Litros de gasolina para

calentar 3 Litros de Lubricante 10W30.

52

4.3.2.4 Construcción e implementación del sistema de calentamiento

del lubricante.

La longitud del electrodo de incandescencia de 22mm, permite introducirla en

secciones pequeñas. La configuración indicada en la figura 40, donde se

puede apreciar el cárter externo propuesto, donde se colocó ocho bujías

incandescentes, el cárter externo de capacidad de 1.2Litros, está construido

de aluminio, para soldar el cárter se utilizó soldadura de proceso TIG, en el

cárter se colocó un trompo de temperatura y un tapón para su posterior

vaciado, limpieza y mantenimiento.

En la figura.41 se puede apreciar el cárter externo instalado en el vehículo

PICK-UP, está colocado en la parte inferior del cajón

Figura 40. Configuración propuesta de bujías y cárter externo.

Figura 41.Carter externo propuesto instalado en vehículo.

53

4.3.2.5 Batería adicional.

El valor de 86.45 Amper calculado en el consumo de corriente que necesitan

las bujías incandescentes para funcionar no satisface la batería del auto ya

que es de 45 Ah, por lo que se decide instalar una batería de idénticas

características a la original del vehículo en paralelo para mantener el voltaje y

duplicar el valor a 90Ah.

El uso de la batería adicional figura 42, es para garantizar el arranque del

motor, ya que después de utilizar la corriente al accionar las bujías

incandescentes, luego ingresar el aceite caliente a presión utilizando la bomba

externa, debe quedar corriente suficiente para arrancar el motor, tomando en

cuenta que el motor de arranque es un elemento de alto consumo de energía.

4.3.3 ANÁLISIS DEL SISTEMA DE PRECARGA DE LUBRICACIÓN

EXTERNA PROPUESTO.

Para el sistema de precarga, se pretende implementar una bomba de

características técnicas similares a la bomba que se encuentra instalada en el

motor Suzuki F10A, Figura.34. Se consideró de entre algunos fabricantes y

modelos de bombas de aceite, tabla 10,que cumplan requisitos como valores

de mayor caudal a bajas rpm , que su configuración permita adecuarla para

realizar el bombeo externo, que sea del menor tamaño posible, que su

accionamiento de engranajes permita adecuarlo al motor eléctrico disponible

para accionarlo desde la cabina. Para accionar la bomba se utilizó un motor

de corriente continua de 12V, 1.5A de 18Watts.

Figura 42. Batería adicional instalada.

54

Tabla 10. Selección de bomba externa.

MARCA

CAUDAL

Litros/minuto

a 1000 rpm

IMAGEN/APLICACIÓN DIMENSIONES

mm

PESO

Libras

FALLONE

15

Pontiac 2.15 6Cyl

120x100x80 2.8

TEMCO 16

Camión Chevrolet D70

90x70x240 3.2

CARTEK 14.8

Crysler ARIES 2.2

90x80x100 3

SABO 15

TOYOTA 5R

89x70x117 3.5

La bomba ideal sería la FALLONE aplicada al vehículo Pontiac 2.15 6Cyll,

pero lamentablemente nos limita la disponibilidad del repuesto el costo y

tiempo para importarla, por lo que la bomba seleccionada es del motor

TOYOTA 5R, figura 43, es una bomba de alta disponibilidad y su costo es muy

accesible.

Figura 43. Bomba de aceite Toyota 5R.

55

Es una bomba que permite acondicionarla a nuestras necesidades, ya que

posee a la entrada una un ducto roscado, donde podemos colocar un acople

para fijar una manguera con abrazadera, a la vez a la salida también posee

una rosca interna donde se coloca un acople para manguera y poder

direccionar así el lubricante presurizado a nuestra conveniencia.

4.3.3.1 Cálculo de caudal de bomba de aceite externa.

Para determinar el caudal desplazado por la bomba de aceite, hay que aplicar la

ecuación 5.

𝑄 =(𝐷2 − 𝑑2)

4𝑥 𝜋 𝑥 𝐿 𝑥 𝑅𝑃𝑀 𝑥 10−6

Para poder aplicar la ecuación hay que determinar los valores D, d y L, figura 44.

De donde:

D= 40 mm

d= 31 mm

L= 30 mm

El caudal desplazado por el piñón de la bomba de aceite es:

𝑄1 =(𝐷2 − 𝑑2)

4𝑥 𝜋 𝑥 𝐿 𝑥 𝑅𝑃𝑀 𝑥 10−6

Figura 44. Medidas para cálculo de caudal.

56

𝑄1 =(40𝑚𝑚2 − 31𝑚𝑚2)

4𝑥 𝜋 𝑥 30𝑚𝑚 𝑥 1000𝑟𝑝𝑚 𝑥 10−6

𝑄1 = 15.05 𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠/𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜

4.3.3.2 Cálculo de presión de aceite generado por la bomba externa.

Para poder calcular la presión generada por la bomba de aceite externa

aplicamos la ecuación 7 de Hagen Poiseuille.

El cálculo se realizará para 3 temperaturas a las que se determinó cambios

importantes en el comportamiento de la presión de aceite.

𝑄 =∆𝑃 𝜋 𝑟4

8 𝜇 𝐿 [7]

Para poder aplicar la ecuación, se necesita primero calcular la viscosidad

dinámica partiendo de la viscosidad cinemática que intersecan los valores

correspondientes a 10oC, 30oC y 50oC en la curva de viscosidad.

Temperatura del

Lubricante

Viscosidad

Cinemática

CSt

Viscosidad

Dinámica

𝑲𝒈

𝒎 𝒔

Presión de Aceite

PSI

10oC 370 0.3286 99.07

30oC 110 0.9776 29.45

50oC 50 0.0444 13.38

Para determinar la viscosidad dinámica se utiliza la ecuación 1.

Datos:

La densidad del lubricante:𝛿 = 888,2𝐾𝑔

𝑚3

1cst=1𝑚𝑚2

𝑠 = 1x10−6 𝑚2

𝑠

1Pascal=1𝐾𝑔

𝑚 𝑠2

57

1𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜

𝑀𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜= 1.666𝑥10−5 𝑚3

𝑠

El diámetro interior de la cañería de bronce que conduce el lubricante al motor

después de la bomba externa es de 7 mm.

La longitud de la cañería es 1.4m

El motor que acciona los engranajes de la bomba externa gira a 350 RPM.

El caudal despachado por la bomba externa a 350 RPM es:

Q=5.25Litros

Minuto= 8.75x10−5 m3

s

𝑉 =𝜇 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑐𝑎

𝛿 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑢𝑏𝑟𝑖𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒 [1]

𝜇 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑐𝑎 = (𝑉𝑐𝑖𝑛𝑒𝑚𝑎𝑡𝑖𝑐𝑎)( 𝛿 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑢𝑏𝑟𝑖𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒)

Calculo de presión de aceite a 10oC.

𝜇 = 370𝑥10−6𝑚2

𝑠 𝑥 888,2

𝐾𝑔

𝑚3

𝜇 = 0.3286𝐾𝑔

𝑚 𝑠

De la ecuación 7 se despeja ∆𝑃, para determinar el valor de presión generada.

∆𝑃 =𝑄 8(𝜇)𝐿

𝜋 𝑟4

∆𝑃 =8.75𝑥10−5 𝑚3

𝑠 8 (0.3286𝐾𝑔𝑚 𝑠) 1.4𝑚

𝜋 (0.00314𝑚)4

∆𝑃 =683080.02Pa

∆𝑃 = 99.07 PSI

Calculo de presión de aceite a 30oC.

𝜇 = 110𝑥10−6𝑚2

𝑠 𝑥 888,2

𝐾𝑔

𝑚3

58

𝜇 = 0.0977𝐾𝑔

𝑚 𝑠

∆𝑃 =𝑄 8(𝜇)𝐿

𝜋 𝑟4

∆𝑃 =8.75𝑥10−5 𝑚3

𝑠 8 (0.0977𝐾𝑔 𝑠 ) 1.4𝑚

𝜋 (0.0035𝑚)4

∆𝑃 = 203094.69Pa

∆𝑃 = 29,45 PSI

Calculo de presión de aceite a 50oC.

𝜇 = 50𝑥10−6𝑚2

𝑠 𝑥 888,2

𝐾𝑔

𝑚3

𝜇 = 0.0444𝐾𝑔

𝑚 𝑠

∆𝑃 =𝑄 8(𝜇)𝐿

𝜋 𝑟4

∆𝑃 =8.75𝑥10−5 𝑚3

𝑠 8 (0.0444𝐾𝑔𝑚 𝑠) 1.4𝑚

𝜋 (0.0035𝑚)4

∆𝑃 = 92296.87Pa

∆𝑃 = 13.38 PSI

Con los resultados obtenidos se ratifica y se evidencia, la importancia

de calentar el lubricante para que la bomba de aceite pueda hacer

circular el aceite sin mayor esfuerzo mejorando las condiciones de

puesta en marcha.

Tomando en cuenta que al calentar el lubricante reduce la viscosidad.

59

4.3.3.3 Construcción e implementación del sistema externo de

precarga.

El giro de piñones de la bomba de aceite externa se realiza por medio de un

eje independiente externo al cual se acoplara el motor de 12V 1.5 A de 18

Watts en este caso es un taladro de baterías recargables como indica la figura

45.

Que se han colocado dentro de una estructura de aluminio figura 46 y las

baterías recargables serán sustituidas por las baterías del auto.

Ya en el vehículo se encuentra instalado en la parte inferior del cajón como se

indica en la figura 47.

Figura 45. Configuración de bomba de aceite externa.

Figura 46. Estructura que contiene bomba de aceite externa.

Figura 47.Bomba de aceite externa instalada en vehículo.

60

4.3.3.4 Elemento filtrante externo.

Para filtrar el lubrícate que se extrae del cárter y que ingresa en el motor a

presión, se utiliza un filtro de tipo racor para diésel como indica la figura 48,

donde internamente está incorporado un elemento filtrante y el vaso nos

permite separar y decantar elementos sólidos y agua, a la vez posee una

válvula para poder drenar el contenido.

4.3.3.5 Válvulas check anti retorno.

La instalación de estas válvulas tiene dos propósitos, la primera de poder

direccionar el lubricante en un solo sentido, y la otra es de contener la presión

de aceite generada por el motor del vehículo al ponerse en marcha.

La primera figura 49, está instalada en la salida del cárter del motor se abre a

partir de 0,23 PSI y resiste una presión de cerrada hasta 53 PSI.

El propósito de esta válvula es impedir el retorno del aceite al cárter, ya que

al calentarlo en el cárter externo, se produce un fenómeno físico que es el

aumento de volumen y produce presión, por lo que evita que el aceite caliente

retorne al cárter del motor y se mantenga en el cárter externo.

Figura 48. Filtro de aceite tipo Racor instalado en vehículo.

Figura 49. Válvula check de baja presión instalada a la salida del cárter motor.

61

La segunda válvula check se encuentra ubicada en el ingreso al motor como

indica la figura 50, es de características técnicas superiores, presión de

apertura de 1.5 PSI, presión de soporte de cerrada hasta 300PSI, es de

equipamiento hidráulico utilizado para equipo caminero excavadoras entre

otras.

El propósito de esta válvula es de impedir una vez puesto en marcha el motor,

el retorno de lubricante al sistema externo propuesto.

Es decir con el uso de estas dos válvulas check, mantengo siempre lleno de

lubricante el sistema externo propuesto.

4.3.4 EQUIPAMIENTO EN CABINA.

Se instaló un medidor de RPM figura 51, AUTO METER de competición

ANEXO5, para mayor precisión en el indicador de RPM, ya que en tablero

original del vehículo, figura 52, no dispone de medidor de RPM.

Figura 50. Válvula check de alta presión instala al ingreso del motor.

Figura 51. Medidor de RPM.

62

La colocación de medidores e indicadores de temperatura figura 53, en cárter

del motor, cárter externo, refrigerante y temperatura ambiente, tanto

analógicos como digitales. También un medidor de presión de aceite directo

con cañería, ANEXO 5.

La finalidad de utilizar termómetros digitales, es por la razón que son más

sensibles al variar la temperatura, también porque los termómetros analógicos

disponibles específicos para temperatura de aceite empiezan a marcar desde

los 50oC, por lo que el objetivo es obtener información de la variación de calor

desde la temperatura ambiente, para poder observar el comportamiento del

motor desde la puesta en marcha.

También se instaló interruptores eléctricos, figura 54, que comandan relés,

que permiten energizar tanto las bujías incandescentes como el motor de la

bomba externa.

Figura 54, Interruptores de bujías incandescentes y de bomba externa.

Figura 52. Tablero original del vehículo.

Figura 53. Medidores de temperatura y presión de aceite instalados.

63

4.3.5 EQUIPOS DE CONTROL DE TEMPERATURA.

Se empleó dos termómetros de punta figura 55, recomendados tanto para

solidos como para líquidos, cuyas especificaciones técnica mencionan un

rango confiable de lectura desde -50oC hasta 300oC ANEXO 6.

Pirómetro por radiación o termómetro por infrarrojo o comúnmente llamada de

pistola para medir temperatura figura 56.

4.4 PRUEBAS REALIZADAS.

El procedimiento de cada prueba realizada, consistió en crear una tabla de

datos en la que se registra el tiempo, temperatura del aceite, temperatura del

refrigerante, temperatura ambiente, presión de aceite, iniciales antes del

primer arranque y cada 20 segundos después de encendido el motor durante

660 a 700 segundos , suficiente para poder registrar el comportamiento inicial

del motor.

Prueba 1, encendido convencional, en la que se tomó datos, sin utilizar el

sistema externo. Tabla 11, figuras (57-59).

Una vez instalado el sistema externo de precarga y calentamiento del

lubricante propuesto en este proyecto, se realizó pruebas para obtener datos

con los indicadores instalados.

Primero se calienta el lubricante a 50oC, luego con la bomba externa se

presuriza en el motor a 20 PSI durante 10 segundos.

Figura 55, Termómetros de punta.

Figura 56, Pirómetro por radiación.

64

Prueba 2, Se calienta del lubricante en cárter externo y luego se realiza la

precarga del lubricante en el motor, tabla 13, figuras (60-61). Prueba 3, Se

calienta de lubricante en el cárter del motor y se realiza la precarga del

lubricante en el motor, tabla 15, figuras (65-67). Prueba 4, Se calienta del

lubricante en el cárter del motor, y luego se realiza la precarga del lubricante

en el motor y luego de encender el motor se deja energizadas las bujías

incandescentes, por 660 segundos de tal manera que permita acelerar el

calentamiento del lubricante y reducir el tiempo de calentamiento del

lubricante a la vez reducir el combustible empleado para este fin, pero

utilizando energía renovable que se recupera cuando ya empieza a trabajar el

alternador, tabla 17, figuras (68-70).

4.4.1 PRUEBA 1. PUESTA EN MARCHA CONVENCIONAL.

Tabla 11. Datos Prueba 1

Tiempo

Segundos

Presión Aceite

PSI

Temperatura

Carter 0C

Temperatura

Refrigerante 0C

0 0 22,43 21,93

20 54,5 22,43 21,93

40 50 22,5 21,93

60 50 22,62 22

80 50 22,87 22,12

100 48 23,25 22,18

120 48 23,75 22,37

140 48 24,43 22,5

160 48 25,25 22,68

180 48 26,25 22,93

200 48 27,18 23,06

220 48 28,25 23,25

240 46,5 29,5 23,5

260 46 30,68 23,68

280 46 32 23,93

300 44 33,37 24,31

320 42,5 34,68 24,81

340 34 36,12 25,43

360 28,5 37,43 26

380 28 38,68 26,62

400 27 40,18 27,62

420 26,5 40,93 29

440 26,5 42 31,93

65

Tiempo

Segundos

Presión Aceite

PSI

Temperatura

Carter 0C

Temperatura

Refrigerante 0C

460 26 43,12 34,81

480 26 44,12 37,37

500 25 45,06 39,75

520 24 46 41,68

540 24 47 44,06

560 24 47,93 46,37

580 20 48,81 48,31

600 20 49,56 49,81

620 18,5 50,37 51,25

640 18,5 51,18 52,87

660 18 51,81 54,12

680 18 52,5 55,25

66

Figura 57.Prueba 1, Gráfica Temperatura de Carter Motor y Refrigerante en función

del tiempo, Encendido convencional.

67

Figura 58. Prueba 1, Gráfica Presión de aceite en función de Temperatura,

Encendido Convencional.

68

Figura 59.Prueba1, Gráfica Presión de aceite en función

de Temperatura, Encendido Convencional.

69

4.4.1.1 Análisis prueba 1.

En la tabla 12, se registra la presión máxima y presión estable, en función del

tiempo y de las temperaturas del cárter y refrigerante, para ser, graficadas en

las figuras 57-59, que serán el punto de partida para comparar con el resto

de pruebas.

Hay que recalcar que al poner en marcha el motor de combustión interna se

registra durante el lapso de 8 a 11 segundos una falta de presión de aceite lo

cual indica que durante ese periodo el cigüeñal hizo de 133 a 183 giros en

ausencia de lubricante.

Tabla 12.Prueba 1.

Con una presión máxima de aceite de 54,5 PSI, el motor de combustión

interna tarda 659 segundos hasta alcanzar la presión de aceite estable de 18

psi. Hay que mencionar que la válvula de alivio de presión de aceite que tiene

integrada la bomba de aceite para este motor en particular, se abre cuando

registra una presión igual o mayor a 46,9 PSI, por lo que desde los 54,5 PSI

hasta tener una presión de 46,9 PSI tarda 98,6 segundos es decir el cigüeñal

gira 1644 veces con una deficiencia de caudal de aceite sin llegar a la

condición hidrodinámica, lo cual se traduce en que las partes móviles del

motor trabajan sin la cantidad suficiente de lubricante lo cual puede causar el

gripamiento de las partes involucradas, recordando que es una prueba que se

estabilizo a 1000 rpm. En condiciones normales de conducción, al encender

el motor las rpm son superiores a 2300 para poder poner en marcha al

vehículo, esto involucra un incremento de presión de aceite en el orden

Valor PSI Temperatura Carter motor oC.

Temperatura de Refrigerante oC

Tiempo Segundos

Presión Máxima 54,5 22,43 21,93 1

Presión Estable a 18 PSI 18 51,81 54,12 660

Variación de presión

36,6

Variación de Temp Carter 29,38

Variación de Temp Refrig 32,19

Tiempo Transcurrido 659

70

aproximado de 88PSI, lo cual agrava aún más la deficiencia de lubricante al

abrir más la válvula de alivio de presión de aceite.

4.4.2 PRUEBA2, PUESTA EN MARCHA APLICANDO SISTEMA

EXTERNO PROPUESTO.

Tabla 13.Datos, Prueba 2, Aplicando precalentamiento con cárter externo.

SEGUNDOS Presión Aceite

PSI Temperatura Carter Temperatura Refrigerante

0 0 28,4 26,5

20 46 29,5 26,25

40 46 30,06 26,25

60 45 30,25 26,18

80 45 30,31 26,18

100 44 30,43 26,18

120 44 30,68 26,25

140 44 30,87 26,25

160 43 31,37 26,37

180 43 31,75 26,43

200 42 32,31 26,56

220 41,5 32,93 26,6

240 41 33,62 26,87

260 39,5 34,25 27

280 38 35,06 27,18

300 38 35,87 27,37

320 36 36,68 27,62

340 34 37,56 28

360 32 38,75 28,62

380 32 39,37 29

400 31 40,31 29,62

420 30 41,31 30,43

440 30 42,31 31,25

460 28 43,43 36

480 28 44,43 43,31

500 27,5 45,37 47,62

520 22 46,88 51,43

540 21 46,97 52,87

560 20 49 58,43

580 18 49,6 59,93

660 17,5 49,93 60,56

620 17,5 50,62 61,68

640 17 51,5 62,5

660 17 52,18 62,93

71

Figura 60, Prueba 2, Gráfica Temperatura de Carter Motor y Refrigerante en función del tiempo, Calentamiento cárter externo y presurizando lubricante en

motor.

72

Figura 61. Prueba 2, Gráfica Presión de aceite en función de Temperatura Aplicando sistema externo.

73

Figura 62, Prueba 2, Gráfica Presión de aceite en función de Tiempo.

74

4.4.2.1 Análisis prueba 2.

En la tabla 14, describe una presión de aceite máxima de 46 PSI, al poner en

marcha el motor de combustión interna, haciendo referencia a la válvula de

alivio de presión de aceite incorporada en la bomba de aceite, la cual se abre

a partir de 46,9 PSI, en la prueba 2, se registra la presión máxima de 46 lo

cual indica que al poner en marcha el motor los componentes de rotación

reciben el 100% del lubricante despachado por la bomba de aceite.

Si bien es cierto la temperatura del cárter no es la óptima que se mencionó

de 98.84 oC, descrita en el capítulo de curva de viscosidad de este trabajo,

que menciona una temperatura optima entre 92oC y104oC con una viscosidad

ideal de 10,1 cSt.

Al tener una temperatura de 29,5oC tiene una viscosidad de 100cSt.

Sin embargo a 29,5oC, se mejora notablemente las condiciones para bombear

el aceite de tal manera que no se activa la válvula de alivio de presión de

aceite y el motor aprovecha el 100% el caudal de lubricante que remite la

bomba.

Tabla 14. Prueba 2.

Con la prueba 2, se mejora las condiciones en marcha, pero se observa que

en el cárter externo queda un remanente de aceite caliente, lo cual significa

que no se está aprovechando el 100% energía térmica. Por lo que se decide

instalar las bujías incandescentes en el cárter del motor y suspender el

cárter externo.

El sistema de precarga externo sigue funcionando en el mismo concepto

extrae aceite caliente del cárter del motor y lo presuriza en el motor.

Valor PSI Temperatura Carter motor oC.

Temperatura de

Refrigerante oC

Tiempo Segundos

Presión Máxima 46 29,5 26,25 1

Presión Estable a 18 PSI 18 49,6 59,93 580

Variación de presión

28

Variación de Temp Carter 20,1

Variación de Temp Refrig 33.68

Tiempo Transcurrido 579

75

4.4.3 PRUEBA 3, PUESTA EN MARCHA CON SISTEMA DE

PRECALENTAMIENTO EN CÁRTER DEL MOTOR.

Para las Pruebas 3 tabla 15 y 4 tabla 17, se realizó una variación, se suspende

el cárter externo se retira el cárter del motor figura 63,para proceder a instalar

seis bujías incandescentes en el cárter del motor como indica la figura 64, por

la razón que al calentar el cárter externo, luego de poner en marcha el motor

queda un remanente de calor desperdiciado, para realizar un proceso más

eficiente, se instala las bujías incandescentes en el cárter del motor, de tal

manera que ese remanente de calor siga intercambiando energía por

conducción al ponerse en contacto con el lubricante frio.

Figura 63. Evacuación de aceite para posterior extracción del cárter del motor.

Figura 64. Bujías incandescentes instaladas en cárter del motor.

76

Tabla 15.Datos, Prueba 3, Aplicando precalentamiento en cárter del motor.

Tiempo Segundos Presión Aceite PSI

Temperatura Carter

Temperatura Refrigerante

0 0 28,65 26,65

20 45,92 29,75 26,48

40 45,92 30,31 26,48

60 44,92 30,5 26,41

80 44,92 30,56 26,41

100 42,3 30,68 26,41

120 42,3 30,93 26,48

140 42,3 31,12 26,48

160 41,3 31,62 26,6

180 41,3 32 26,66

200 40,3 32,56 26,79

220 39,8 33,18 26,83

240 39,3 33,87 27,1

260 37,8 34,5 27,23

280 36,3 35,31 27,41

300 36,3 36,12 27,6

320 34,3 37,73 29,12

340 32,3 38,61 29,5

360 30,3 39,8 30,12

380 30,3 40,42 30,5

400 29,3 41,36 31,12

420 28,3 42,36 31,93

440 28,3 43,36 32,75

460 26,3 44,48 37,5

480 26,05 45,48 44,81

500 25,55 46,42 49,12

520 20,05 48,03 52,93

540 19,05 48,85 54,37

560 18,05 50,05 59,93

580 17,5 50,65 61,43

600 17,5 50,98 62,06

620 17 51,67 63,18

640 17 52,55 64

660 17 53,23 64,43

77

Figura 65. Prueba 3, Gráfica Temperatura de Carter Motor y Refrigerante en función del tiempo.

78

Figura 66. Prueba 3, Gráfica Presión de aceite en función de Temperatura Aplicando Calentamiento al cárter del motor.

79

Figura 67. Prueba 3, Gráfica Presión de aceite en función del Tiempo Aplicando Calentamiento al cárter del motor.

80

4.4.3.1 Análisis prueba 3.

Para la prueba 3,tabla 16, las condiciones de puesta en marcha son más

favorables, desde el punto de vista que se aprovecha mejor la energía de las

baterías del vehículo, al eliminar el cárter externo, y ubicar las bujías de

precalentamiento en el cárter del motor de combustión interna, esto ayuda en

que calienta el total del aceite contenido en el cárter en resumen la presión

máxima al poner en marcha , está por debajo del límite de abertura de la

válvula de alivio de presión de aceite, lo que permite el ingreso del total del

caudal, el tiempo se reduce en un 15%, hasta alcanzar la presión estable de

18 PSI, con respecto al encendido convencional.

Tabla 16. Prueba 3.

Valor PSI Temperatura Carter motor oC.

Temperatura de

Refrigerante oC

Tiempo Segundos

Presión Máxima

45,9 29,75 26,48 1

Presión Estable a 18 PSI

18 50,70 61,80 565

Variación de presión

27.9

Variación de Temp Carter

20,95

Variación de Temp Refrig

35.32

Tiempo Transcurrido

564

4.4.4 PRUEBA 4, PERMANECEN ACTIVADAS BUJÍAS

INCANDESCENTES.

Tabla 17. Datos, Prueba 4

Tiempo Segundos Presión

Aceite PSI Temperatura Carter Temperatura Refrigerante

0 0 29,6 27,31

20 44,2 30,7 27,14

40 44,2 31,26 27,14

60 43,2 31,45 27,07

81

Tiempo Segundos Presión

Aceite PSI Temperatura Carter Temperatura Refrigerante

80 43,2 31,51 27,07

100 42,2 31,63 27,07

120 41,7 33,58 27,14

140 41,7 33,77 27,14

160 40,7 34,27 27,26

180 40,7 34,65 27,66

200 39,7 35,21 27,79

220 39,2 35,83 27,83

240 38,7 36,52 28,1

260 37,2 37,15 28,23

280 35,7 37,96 28,41

300 35,7 38,77 28,6

320 33,7 39,58 29,51

340 31,7 40,46 29,89

360 28,7 41,95 30,51

380 28,7 42,57 30,89

400 27,7 43,51 32,77

420 26,7 44,51 33,58

440 26,7 45,51 34,4

460 23,9 46,63 39,15

480 23,9 47,63 46,46

500 23,4 48,57 50,77

520 17,9 50,18 54,58

540 17 51,7 56,02

560 17 52,9 61,58

580 17 53,5 63,08

600 17 53,83 63,71

620 17 54,52 64,83

640 17 55,4 65,65

660 17 56,08 66,08

82

Figura 68, Prueba 4, Gráfica Temperatura de Carter Motor y Refrigerante en función del tiempo, Aplicando accionamiento de bujías incandescentes

posterior al encendido.

83

Figura 69. Prueba 4, Gráfica Presión de aceite en función de Temperatura Carter Motor, Aplicando Calentamiento de Bujías posterior al encendido del

motor de combustión interna.

84

Figura 70. Prueba 4, Gráfica Presión de aceite en función del Tiempo Aplicando accionamiento de bujías incandescentes posterior al encendido

del motor de combustión interna

85

4.4.4.1 Análisis prueba 4.

Para la prueba 4, la tabla 18, se recuerda, que se mantiene energizadas las

bujías incandescentes después de encender el vehículo.

Las condiciones de viscosidad es mejor que las pruebas anteriores, ya que la

presión máxima registrada es de 44,22 PSI, el tiempo en alcanzar la presión

estable de 18 PSI se reduce notablemente en 524 segundos eso se refiere a

una reducción de 135 segundos con respecto al encendido convencional.

Tabla 18.Prueba 4.

Valor PSI Temperatura Carter motor oC.

Temperatura de

Refrigerante oC

Tiempo Segundos

Presión Máxima 44,22 30,7 27,14 1

Presión Estable a 18 PSI 18 50,18 54,58 525

Variación de presión

26,22

Variación de Temp Carter 19,48

Variación de Temp Refrig 27,44

Tiempo Transcurrido 524

4.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS.

En la figura 71, se cuantifica la mejora con respecto al tiempo empleado en

alcanzar una presión de aceite de 18 PSI, que permite funcionar al motor en

un régimen estable, se puede visualizar en porcentaje la mejora de las

condiciones de puesta en marcha haciendo referencia a las tres pruebas

anteriormente descritos en los que se aplica el sistema externo para mejorar

las condiciones de puesta en marcha, todos con respecto a la puesta en

marcha convencional.

La prueba 2, registra el 12% de mejora de la condición de puesta en

marcha con respecto al encendido convencional.

La prueba 3, registra el 15% de mejora de la condición de puesta en

marcha con respecto al encendido convencional.

86

La prueba 4, registra el 21% de mejora de la condición de puesta en

marcha con respecto al encendido convencional.

Con la aplicación del sistema de precarga se elimina al 100% la

ausencia del lubricante al arrancar y con las bujías incandescentes se

calienta el lubricante de tal manera que la bomba de aceite no active la

válvula de alivio de presión y al motor ingrese el 100% del caudal

despachado por la bomba.

El sistema externo propuesto de calentamiento del lubricante con

bujías incandescentes, antes de poner en marcha el motor, elimina el

equivalente a combustionar de 1.5 Litros de gasolina cada vez que el

motor arranca en temperatura ambiente fría.

Equivale a eliminar el consumo de 548 Litros de combustible anual por

auto que incorpore el sistema externo propuesto y considerando que la

gasolina es una fuente de energía no renovable y del proceso de su

combustión genera gases contaminantes para la atmosfera, se plantea

este proyecto también como una propuesta amigable para el medio

ambiente.

El sistema externo propuesto elimino al 100%, el problema de la

ausencia de aceite al encender el vehículo, ya que con la precarga de

lubricación al poner en marcha el motor, se tiene una respuesta

inmediata de presión de aceite.

Se pudo evidenciar las pésimas condiciones reales a las que está

expuesto el motor al encender por primera vez.

El encendido convencional es una situación crítica de alto desgaste y

alto riesgo de gripamiento del motor.

Los factores agravantes del encendido convencional es, la falta de

aceite, seguido de un exceso de presión de aceite.

El sistema externo propuesto resolvió el inconveniente de la alta

presión de aceite al encender el motor, ya que con el precalentamiento

se reduce la viscosidad del lubricante y por tanto la presión, a tal punto

que se evita que se abra las válvulas de control de presión de aceite y

esto permite que el motor aproveche el 100% del caudal despachado

por la bomba de aceite, en la parte critica que es la puesta en marcha

del motor.

87

El mejor resultado obtenido en la reducción de tiempo hasta alcanzar

una presión de aceite estable ,es con la prueba 4, dejando activado por

660 segundos las bujías incandescentes después de encender el

motor, el resultado es del 21% en reducción del tiempo con respecto a

la condición de la puesta en marcha convencional.

Figura 71. Porcentaje de mejoramiento de condición de puesta en marcha

aplicando sistema externo propuesto.

88

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

5.1 CONCLUSIONES.

El objetivo de esta tesis fue de mejorar las condiciones de puesta en marcha

del motor, utilizando un sistema externo de precalentamiento y precarga del

lubricante en el motor, antes del arranque, que permita prolongar la vida útil

del motor Suzuki F10A, al finalizar la investigación se concluye lo siguiente:

Con la construcción e implementación del sistema de precarga en el

sistema de lubricación del motor, accionado antes del arranque, se

logró mejorar las condiciones de encendido del motor.

También permitió evidenciar, registrar y cuantificar las pésimas

condiciones al encender el motor con temperatura en el lubricante

inferior a 20oC.

El encendido convencional con temperatura en el lubricante inferior a

20oC, el aceite posee una viscosidad alta, retardando el tiempo de

llenado de los ductos de lubricación y permite tener presiones altas

aceite lo cual se traduce en un desgaste prematuro del motor.

Se logró determinar con los cálculos realizados y con la

implementación del sistema externo que, la temperatura ideal del

lubricante para poner en marcha el motor es 30oC, esta condición

permite reducir la viscosidad del lubricante y reducir el esfuerzo de la

bomba de aceite al encender obteniendo un valor de 44PSI.

Con la precarga de aceite de 20 PSI por 10 segundos se llena los

ductos de lubricación del motor antes del arranque, esto permite tener

una respuesta inmediata de caudal de aceite que ingresa al motor.

Utilizando el sistema externo de precalentamiento y de precarga de

aceite antes del arranque se mejoró las condiciones de encendido y

esto permite prolongar la vida útil del motor.

89

5.2 RECOMENDACIONES.

Se puede realizar una investigación para determinar la posibilidad de

utilizar un termostato ya sea mecánico de termoswitch o electrónico

aplicado al sistema de lubricación para reducir la fluctuación de

temperatura al abrirse y cerrarse el termostato del refrigerante, para de

esta manera tener una temperatura y viscosidad más estable en el

lubricante y mejorar las condiciones de operación del motor y prolongar

aún más la vida útil del motor.

Por ningún motivo consentir suspender el uso del termostato en el

motor, ya que retarda y no permite alcanzar condiciones óptimas de

temperatura al lubricante, provocando una lubricación pobre.

Se puede alterar la temperatura final de refrigerante del motor,

utilizando una variante del tipo de termostato recomendado por el

fabricante, que se describe en ANEXO 4.4, lo cual puede servir para

alterar la viscosidad final del aceite y mejorar las condiciones de

lubricación.

90

NOMENCLATURA.

Ah: Amperio hora.

ASTM: Siglas en el idioma inglés de la Sociedad Americana de Ensayos y

Materiales, organismo con sede en los Estados Unidos de Norteamérica,

que, entre otras actividades, establece estándares de calidad y métodos

de ensayo de laboratorio.

Coeficiente de dilatación: Capacidad para disminuir o aumentar de

volumen por efecto del calor

CSt: Centistokes, unidad de medida de viscosidad cinemática.

DOHC: Double Over Head Camshaft.

Gripado: Desprendimiento de material por fricción y ausencia de

lubricación.

IV: Índice de viscosidad, capacidad de variar la viscosidad en función de la

temperatura.

INEN: Instituto Ecuatoriano de Normalización.

ISO: Organización Internacional de Normalización.

Kt: Coeficiente térmico, capacidad de materiales para transferir calor.

Pick-Up: denominación de camioneta.

PMI: Punto Muerto Inferior.

PMS: Punto Muerto superior.

PSI: Pound per Square Inch. Libras por pulgada cuadrada, unidad de

presión

Q: Denominación de calor

SAE: Siglas en el idioma inglés de la Sociedad Americana de Ingenieros

Automotrices, organismo con sede en los Estados Unidos de Norteamérica,

que, entre otras actividades, establece la clasificación de los aceites

lubricantes para motores de combustión interna, según la viscosidad.

SOH: Single Over Head Camshaft.

TIG: Proceso de soldadura Tungsten Inert gas.

W: Watt, Unidad de trabajo, potencia, energía por unidad de tiempo.

ʎ: Coeficiente de capa límite de lubricación.

91

Aceites básicos minerales: Producto derivado directo de la refinación del

petróleo usado en la producción de lubricantes.

Aceite Monógrados: Aquel que tiene un solo grado de viscosidad SAE.

Aceite Multigrado: Aquel que tiene dos grados de viscosidad SAE.

Aditivos: Compuesto que se agrega a los aceites básicos con el fin de

impartir nuevas propiedades o reforzar algunas ya existentes.

API: Siglas en el idioma inglés del Instituto Americano del Petróleo,

organismo con sede en los Estados Unidos de Norteamérica, que, entre

otras actividades, establece la clasificación y nomenclatura de los aceites

lubricantes, según el nivel de desempeño.

92

BIBLIOGRAFÍA.

- Manual de Reparación y mantenimiento del Motor Suzuki F10A.

-Heinz Karl. (2005), Manual de la técnica del automóvil.4ta edición. Engrase

del motor, p. 522, Robert Bosch.

-Paradiñas Alvite José. (2002), Sistemas Auxiliares del motor.3ra edición.

Sistema de Lubricación del motor .Editex S.A.

-Bello Pérez Miguel Ángel. (2005), Temática Automotriz 4ta edición.

Lubricación del Motor. Paraninfo, S.A.

-Alonso Pérez Manuel José, (2009), Mecánica Profesional. Engrase del motor,

Paraninfo.S.A.

-MS Motor Service International, (2014), Piston Ring joint clearance and oil

consumption, Neuenstandt-Germany S.A.

-Jaramillo Sari Diego Fernando,(2011), Análisis técnico de la vida útil de un

lubricante de aceite mineral , para motores de combustión interna a gasolina

de los vehículos de servicio de taxi en la ciudad de Cuenca, Repositorio de la

Universidad Politécnica Salesiana, Facultad de Ingeniería.

-Saldivia Francisco, (2013), Aplicación de mantenimiento predictivo, caso.

Estudio: análisis de aceite usado en un motor de combustión interna, Latín

American and Caribbean Conference for egineering and technology.

-Godoy Pedro, (2008), Mecánica Automotriz, Circuito de engrase del motor,

Paraninfo S.A.

-MS Motor Service International, (2014), Gripado de partes y piezas internas

del motor por falta de lubricación, Neuenstandt-Germany S.A.

-Eugene A. Avallone, (2005), Manual del Ingeniero Mecánico, 9 edición,

Capitulo 11, Automóviles Lubricación, McGraw-Hill.

-Eugene A. Avallone, (2005), Manual del Ingeniero Mecánico, 9 edición,

Capitulo 3, Mecánica de Fluidos, McGraw-Hill.

-Gil Martínez Hermógenes, (2005), Manual Práctico del Automóvil,

Lubricación, Cultural S.A.

-Arias Paz,(2003),Manual de Automóviles ,Madrid,Cie Dossat 2000.

.- Robert Mott,(2010),Mecánica de Fluidos,6ta Edición, Pearson Hall.

.-Gulf, (2013),Boletín técnico de lubricantes,3ra Edición, Gulf oil mtotors

93

.-Rafael Colas,(2015), Características de los bloques de motores de

combustión interna fabricados con aleaciones de aluminio, San Nicolás de los

Garza, N.L., México.

.-Info Tecnis, (2015), Aplicaciones técnicas y procesos productivos,

Viscosidad, Jesús del gran Poder, México.

.-REXITE, (2014), Funcionamiento de bombas de aceite, Boletín tecnico4.

.-Iván Armijos, (2013), Relación entre variación de temperatura y viscosidad,

Elsa México.

.- García Marito A. (2006), Mecánica de fluidos, Edimsa España.

.-, Barrero Ripoll Antonio, (2013), Fundamentos y aplicaciones de la mecánica

de fluidos, San Miguel, México

.- Gilbert Briansó Miguel, (2009), Física aplicada a fluidos, Grupo Editorial

Bruño,

.- ACEDELCO, (2013), Filtros de aceite, Boletín técnico PF 980.

.- Baldwin, (2013), Especificaciones técnicas de válvulas de alivio de presión

de aceite, KEARNEY Nebraska.

.- Widman, (2014), La Vida Útil del Motor de su Auto, Camioneta, Camión u

otro Motor de Combustión Interna – Lubricación, SRL Bolivia.

.- Pedro Albarracín, (2010), Beneficios Y Problemas Con La Implementación

De Lubricantes Sintéticos, Udea Colombia.

.-Louis Labella,(2013), Cáncer en el Cárter, Columbia Gulf Transmission Co.

.- Omar Tello,(2005),Manual Básico de Oleo hidráulica, SHOIPREN Argentina.

.-Robert Bosch,(2016), Baterías, Tecnova Ecuador.

.-Esteban Echeverria, (2014), Índice de viscosidad, Exxon Mobil España.

.-Enesto Alarcon,(2006),Verificación del cigüeñal, FederalMogul Argentina.

.-Salomon Gaternhaus,(1976),Física 1 mecánica, Lincoln Nebraska.

.-José Roldan Viloria,(2002), Prontuario de mecanica industrial aplicada,

Madrid ,Paraninfo.

.- N.Larburu, (2003), Máquinas Prontuario técnicas máquinas herramientas.

Madrid, Paraninfo.

94

ANEXOS.

ANEXO 1

Norma INEN2027.

Recuperado de: https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.nte.2027.2011.pdf

95

ANEXO 2

NORMA INEN 2030.

Recuperado de: https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.nte.2030.2011.pdf

96

ANEXO 3

NORMA ASTM D341.

Recuperado:http://www.academia.edu/6533054/Designation_D_341_93_Rea

pproved_1998_An_American_National_Standard_Viscosity-

Temperature_Charts_for_Liquid_Petroleum_Products.

97

ANEXO 4

MANUAL DE REPARACIÓN MOTOR SUZUKI F10A.

4.1 Capacidad de aceite del motor.

4.2 Disposición inclinada del motor.

4.3 Especificaciones del refrigerante motor.

98

Recuperado de http://www.manualesdemecanica.com/manuales/Manuales-

de-taller/chevrolet-daewoo-isuzu/Manual-de-taller-Chevrolet-Super-Carry-

(ingl%C3%A9s)/

4.4 Especificaciones técnicas de termostato A y B.

4.5 Circuito de lubricación del motor.

99

ANEXO 5

EQUIPOS INDICADORES INSTALADOS.

5.1 Medidor de RPM AutoMeter de Competencia. Velocidad de repuesta de 2 milésimas de

segundo, conectado al negativo de la bobina, de tal manera que es un contador de cortes

de energía y los traduce a rpm.

5.2 Indicador de voltaje de batería. Instalado en el cenicero de la cabina, su función es de

indicar la caída de tensión al energizar las bujías incandescentes e indicar la carga actual.

5.3 Termómetros digitales aplicados en. Lubricante, Refrigerante y Ambiente. Instrumentos

que permiten obtener la mínima variación de temperatura con sensibilidad de 0.05oC,

permite registrar temperaturas de -20oC a 120oC.

5.4 Termómetro de Aceite Hansa, Especifico para medición de temperatura de aceite, sirve

para controlar la temperatura ya en funcionamiento del motor, se puede observar que en su

escala interior en la franja verde expresa de 80oC a 130oC como funcionamiento normal.

100

5.5 Manómetro de presión de aceite AutoMeter de Competencia. Se encuentra conectado

directamente a la entrada del trompo de presión de aceite, su función es indicar en PSI el

esfuerzo que realiza la bomba de aceite del motor y la bomba externa de este proyecto, la

más importante es de registrar si existe fluido en las líneas de lubricación.

101

ANEXO 6

INDICADORES DE CONTROL

Estos instrumentos se emplearon para verificar y controlar los datos de los

termómetros instalados en la cabina del auto.

6.1 Termómetros de punta, para sólidos y líquidos. Permite medir temperatura de -35oC a

230oC, se utilizó 2 termómetros con la finalidad de corroborar la información y tener una

lectura correcta.

6.2 Pirómetro por radiación. Su utilización fue después de encender el motor, ya que con

todas las bandas de accesorios y ventilador girando es muy peligroso introducir

herramientas con la mano, permitió registrar y controlar la temperatura de los indicadores

instalados en la cabina del auto.