Mantenimiento, preparación y manejo de tractores. AGAU0108

Descripción de los 4 tiempos del motor

Primer tiempo: Admisión

El pistón se encuentra en el PMS, cuando el pistón empieza a descender se abre la válvula de admisión, y la válvula de escape se encuentra cerrada. Al ser menor a 1 atmósfera la presión en el interior del cilindro, se carga de aire por diferencia de presión con la atmósfera, finalizando la admisión cuando el pistón llega al PMI.

Segundo tiempo: Compresión

El pistón comienza su carrera ascendente desde el PMI, en ese momento se cierra la válvula de admisión y la de escape permanece cerrada, y se produce así la compresión del aire admitido en el cilindro. Un poco antes de llegar al PMS, se inyecta combustible y ocurre la mezcla de este con el aire comprimido (carburación); en ese momento hay 35 atmósferas entre 600-700 ºC.

Tercer tiempo: Explosión-expansión (trabajo)

Dadas la elevada presión y temperatura existentes en el cilindro, se produce la explosión del combustible, que empuja al pistón hacia el PMI. Las válvulas de admisión y escape se encuentran cerradas.

Cuarto tiempo: Escape

Debido a la inercia obtenida de la expansión, el pistón empieza a ascender desde el PMI, en ese momento se abre la válvula de escape y el pistón empuja los gases de la explosión que quedaron en el cilindro. La válvula de admisión se encuentra cerrada, y se inicia un nuevo ciclo. Cada tiempo se realiza en 1/2 giro del cigüeñal en los motores de 4 tiempos. En los de 2 tiempos, por cada 1/2 giro se producen 2 tiempos.

Sabía que...

El motor diésel no tiene bujía, toma el aire y lo comprime, y después inyecta el combustible directamente en la cámara de combustión (inyección frecuentemente directa). Es la energía interna del aire comprimido lo que enciende el combustible en un motor diésel (a diferencia de una chispa en el motor de gasolina).

7. Sistema eléctrico

En los motores con ciclo diésel, el combustible explota sin necesidad de “chispa”. El sistema eléctrico va orientado a proveer el movimiento inicial necesario para originar la presión adecuada en los pistones. En el tractor moderno, los componentes eléctricos y electrónicos son elementos esenciales. Este sistema cumple con tres funciones fundamentales:

1 Generar energía para el arranque del motor. A través de una reacción química que se produce entre las placas positiva y negativa y el electro-lito (ácido sulfúrico, H2SO4) de la batería del tractor, genera energía, que es enviada al motor de arranque para que este ponga en funcionamiento el motor de combustión interna.

2 Recargar de energía el acumulador (batería). A través del alternador, genera la energía para poder recargar aquella que gastó la batería cuando la entregó al motor de arranque.

3 Suministrar la energía para el funcionamiento de los diferentes accesorios eléctricos del tractor (luces, indicadores, tablero, etc.).

El sistema más común en los tractores modernos consta de los siguientes circuitos:

1 Circuito de carga.

2 Circuito de arranque.

3 Circuito de alumbrado.

El sistema eléctrico consta de un acumulador de energía, el sistema de arranque, el sistema de carga y el sistema de luces, además de múltiples conductores, interruptores e indicadores eléctricos.

7.1. Circuito de carga

Cumple con las funciones de recargar la batería, entregar corriente durante el trabajo. Existen dos tipos de circuitos de carga: por dinamo y por alternador. En ambos circuitos se genera corriente alterna, diferenciándose en la forma de convertirla en corriente continua.

El circuito de carga trabaja según las necesidades del tractor: en el momento del arranque, solo trasmite corriente la batería; durante el trabajo normal, transmite la corriente la dinamo o el alternador; y en momentos de máximo consumo de corriente, la batería transmite una corriente suplementaria a la entregada por la dinamo o el generador.

El circuito de carga está formado por: batería, dinamo o generador, regulador o relay, y amperímetro.

Acumuladores o baterías

Cuando el motor del tractor está detenido o cuando funciona a bajo régimen, no produce la energía necesaria para satisfacer las demandas, entonces las baterías, que almacenan energía química, comunican la corriente eléctrica al sistema. La corriente suministrada por la batería se origina en la reacción química que ocurre entre el material activo de las placas y el ácido sulfúrico del líquido o electrolito.

Los grupos de placas positivas y negativas van alternados, y entre estas placas se sitúan los separadores, que evitan el contacto entre grupos de polaridad opuesta, mientras dejan pasar el electrolito, a fin de bañar el material activo.

Un elemento está formado por el conjunto de 4 placas positivas, los separadores y 5 placas negativas, y su potencial es aproximadamente de 2 voltios. Por lo tanto, una batería de 12 voltios posee 6 elementos conectados en serie. La batería proporciona una corriente al motor de arranque.

Nota

El exceso de carga daña los elementos de la batería. Es por eso que el regulador de voltaje tiene como misión que se genere corriente solo cuando la batería no se encuentra totalmente cargada.

Dinamo

Produce energía por inducción electromagnética. Este proceso se puede definir de la siguiente manera:

Si un conductor se mueve dentro de un campo magnético, de forma tal que cruce las líneas del campo, se induce en él una fuerza electromotriz o caída de voltaje, el cual, a su vez, genera una corriente eléctrica.

Regulador o relay para la dinamo

Se encarga de cortar el paso de la corriente, regula el voltaje y regula la corriente.

Generador

Cumple la misma función de la dinamo, al convertir energía mecánica en energía eléctrica. Se diferencia de la dinamo en que los alternadores son más compactos y capaces de entregar mayores intensidades de corriente a menos revoluciones del motor.

Los componentes de un generador son básicamente tres: un rotor que gira con el motor térmico inducido, que produce la corriente alterna; aparatos (dio-dos semiconductores o tiristores) que rectifican y convierten la tensión en continua; y el regulador, que se encarga de controlar el proceso.

Regulador o relay para el generador

Es similar al relay de la dinamo, la única diferencia es que el alternador no necesita regulador de corriente, ya que él mismo la limita por el campo magnético opuesto que produce durante su funcionamiento.

7.2. Circuito de arranque

Transforma la energía eléctrica, acumulada en la batería, en energía mecánica, con la que se hace girar el cigüeñal del motor de combustión interna. Está formado por la batería, llave de contacto y el motor de arranque.

Al arrancar consumimos gran cantidad de corriente, al cambiarla en energía mecánica para dar movimiento al cigüeñal y vencer la enorme resistencia que contrapone la mezcla al comprimirse en la cámara de combustión.

El motor de arranque es un motor eléctrico caracterizado, por una parte, porque está diseñado para funcionar con grandes sobrecargas durante periodos de tiempo cortos; y por otra, porque es capaz de desarrollar una gran potencia en comparación con su tamaño reducido, gracias a que, al arrancar el motor de combustión interna, su volante gira más rápido que el motor de arranque, por lo que el piñón es obligado a girar en sentido contrario relativo, hasta que se desengrana totalmente y es retenido suavemente por un resorte amortiguador.

7.3. Circuito de alumbrado

Absorbe corriente tanto de la batería como de la dinamo o alternador. Es el circuito más sencillo y se caracteriza por el alto consumo de energía, llevando varios subcircuitos en paralelo, de acuerdo al uso que se le esté dando al tractor.

Los tractores suelen llevar luz larga o de carretera, luz de cruce, luces de población, luz trasera y luz de freno.

8. Sistema de engrase

En los motores diésel que equipan los tractores agrícolas, el aceite es distribuido dentro del motor por tres sistemas de engrase:

1 Salpicado. Las tapas de las bielas poseen una especie de cucharas que, al girar, cogen el aceite de una bandeja situada bajo el cigüeñal y, al seguir girando, salpican el aceite hacia arriba. La bandeja se llena de aceite gracias a una bomba. Para que funcione este sistema, es necesario que la bandeja esté siempre llena de aceite, por lo que la bomba debe estar siempre funcionando y que el aceite no sea denso, para facilitar el salpicado y escurrido.

 

1 Presión y salpicado. En este sistema, el aceite se distribuye desde la bomba que lo envía a una canalización tallada dentro del bloque del motor al árbol de levas, bielas y eje de balancines, a través de canalizaciones secundarias. Parte del aceite que escapa de los balancines es pulverizado en forma de niebla, para lubricar la cabeza de los cilindros y pistones.

2 Totalmente por presión. Es el más común en los motores de combustión interna, por ser el más eficiente. Lleva el aceite con presión hasta todas las piezas que componen dicho sistema (desde los elementos primarios del motor, las piezas superiores de la culata, hasta los engranajes de la distribución), disminuyendo así el desgaste de estos antes de que lleguen al punto normal de dilatación térmica. Está formado por el cárter (el depósito del aceite), la bomba (mantiene la presión y el flujo constante del aceite en todo el motor), el sistema de filtrado (detiene partículas metálicas), el manómetro (indicador de la presión de funcionamiento del aceite), tuberías, galerías y toberas (permite la circulación del fluido), y la bayoneta (permite medir el nivel de aceite contenido en el cárter).

Las funciones de este sistema son:

1 Reducir el desgaste y la fricción, al separar las partes en rozamiento.

2 Enfriar, al retirar el calor de los lugares con altas temperaturas.

3 Absorber los choques que ocurren en los cojinetes, y actuar como sello en la cámara de combustión.

El elemento circulante en este sistema es el aceite contenido en el cárter. Del tipo y calidad de este aceite depende, en gran medida, la vida útil del motor.

9. Sistema de refrigeración

La función principal de este sistema es la de mantener una temperatura óptima de funcionamiento del motor (de 85 °C a 95 °C). Existen dos sistemas de refrigeración del motor: por agua o por aire; no obstante, el más difundido en los motores de tractores es el de enfriamiento por agua, ya que es más eficiente.

Para lograr mantener la temperatura normal de funcionamiento, se utiliza agua dulce o un líquido refrigerante, el cual tiene importantes características anticongelantes, antioxidantes y anticorrosivas.

El líquido circulante absorbe el calor generado durante el proceso de combustión, manteniendo constante la temperatura del motor.

Consta de:

1 Camisas de agua. Cámaras huecas por donde circula el líquido de refrigeración. Su misión es distribuir el líquido por las partes del motor donde se produce más calor.

2 Radiador. Situado en la parte delantera del tractor. Además de ser el contenedor del elemento circulante, es la pieza donde se logra bajar la temperatura del refrigerante al nivel necesario. Consta de un depósito, tapón, tubo de rebose y orificio de salida.

1 Manguitos.

2 Conjunto bomba de agua ventilador.

3 Termostato. Es una válvula especial que permite la circulación del líquido refrigerante hacia el radiador, para que sea enfriado cuando sea necesario.

El agua es impulsada por la bomba hacia las camisas de agua de los cilindros, forzándola a subir por los conductos internos del bloque, llegando al radiador. En el radiador se encontrará con el termostato; en el caso de estar fría, se mantendrá cerrando el paso al radiador. Cuando el líquido suba de temperatura, se abrirá el termostato y dará paso al circuito motor-radiador. Por el radiador, el líquido circula a través de tubos, y se enfría por el aire que produce el ventilador.

Puede haber diferentes causas que lleven al calentamiento del motor: correa del ventilador rota, correa del ventilador floja, radiador sucio por fuera, tubos del radiador obstruidos, termostato encasquillado o pérdidas de agua.

10. Sistema de alimentación

La característica esencial de los motores diésel es la forma en que el combustible es introducido en el interior de los cilindros para que se queme. El recorrido que hace el gasoil a lo largo de todo el sistema de alimentación es el que se puede observar en la siguiente imagen.

Todas estas piezas se sincronizan del eje del cigüeñal y el eje de levas en la distribución, para cumplir con la función de hacer llegar el combustible diésel a la cámara de combustión en el momento oportuno y en la dosis exacta.

Esto depende de la sincronización y de la calibración de los inyectores. El elemento circulante en este sistema es el combustible diésel, y se contiene en el tanque.

Los principales elementos de este sistema de alimentación de combustible son:

1 Depósito o tanque. Es el lugar donde se almacena el combustible para una jornada de trabajo.Generalmente, está hecho de chapa y tiene, al menos, cuatro orificios: uno para cargar combustible, otro para alimentar el circuito de inyección (estos dos primeros tienen un filtro de mallas para retener las partículas más gruesas), otro para drenar totalmente su contenido, y otro para recibir el retorno de la inyección. En el interior tiene también un flotador de nivel conectado al cuadro de mandos, que indica la cantidad de gasoil que queda.

2 Bomba de alimentación. Impulsa el gasoil desde el depósito a la bomba inyectora, pasando por el filtro. Puede ser de membrana o de émbolo.

3 Filtro. Realiza el filtrado y limpieza del combustible.Está situado entre la bomba de alimentación y la bomba de inyección. Está sujeto al bloque con un soporte que contiene los conductos de entrada y salida. Sobre este soporte se sujeta un vaso de chapa o de plástico, que contiene el cartucho filtrante. El cartucho filtrante consta de un papel filtrante microporoso, a través del cual tiene que pasar el gasoil. Algunos tractores van equipados con dos filtros colocados en serie, de forma que el gasoil filtrado en el primero pasa a filtrarse nuevamente en el segundo antes de llegar a la bomba de inyección.

4 Bomba de inyección. Genera alta presión al gasoil para que pueda entrar al cilindro y se pulverice finamente, y dosifica el combustible a alta velocidad a cada uno de los inyectores. Esta bomba recibe el movimiento del cigüeñal del motor por medio de engranajes, y se sincroniza con él para efectuar la inyección en el momento apropiado. Los tractores pueden ir equipados con bomba de inyección lineal o bomba de inyección rotativa.Bomba de inyección lineal. Este tipo de bomba tiene tantos elementos como cilindros tiene el motor, distribuyendo cada uno de ellos el gasoil a un cilindro. La bomba tiene una carcasa general que sustenta todos los mecanismos. En la parte inferior de esta carcasa lleva apoyado, en dos cojinetes, un árbol de levas, con tantas levas como elementos tenga la bomba. Este árbol de levas recibe movimiento por medio de engranajes del cigüeñal.Bomba de inyección rotativa. Esta bomba da presión y distribuye el gasoil a todos los inyectores de motor sin resortes ni muelles de recuperación de los elementos de bombeo, es únicamente la presión del gasoil la que efectúa tal recuperación. La rotativa se distingue muy fácilmente de la bomba de inyección lineal, ya que las salidas del gasoil se distribuyen alrededor de una superficie cilíndrica, mientras que en la lineal las salidas están en línea recta sobre la bomba.

5 Inyector. Es la pieza que introduce, pulveriza (para que arda con facilidad) y reparte uniformemente (para que se mezcle con el aire y se queme en su totalidad) el gasoil en el cilindro. Consta de:Portainyector: soporte sobre el que se montan el resto de las piezas.Tobera: introduce el gasoil en el motor.Entrada del gasoil: conducto que comunica la bomba inyectora con el conducto de la tobera.Tornillo de regulación: enroscado al portainyector.Sobrante: colocado en la parte superior del inyector, cubriendo el tornillo de regulación, sirve de conducto para el gasoil sobrante.

11. Sistema de transmisión

En este apartado se verá la transmisión del movimiento en el tractor desde el eje del cigüeñal hasta las ruedas o la toma de fuerza.

11.1. Embrague

El embrague corta o transmite el giro del motor a la caja de cambios o a la toma de fuerza.

Cuando el pedal del embrague está suelto o sin pisar, el motor está embragado. Cuando el embrague está en posición normal (suelto), transmite el movimiento a la caja de cambios. Al pisar el pedal, el embrague deja de trasmitir dicho movimiento a la caja de cambios y el motor, por tanto, está desembragado.

A partir de la forma en que el embrague transmite el movimiento del motor, se pueden diferenciar varios tipos de embragues.

Embragues hidráulicos

Se fundamentan en la transmisión de energía que una bomba centrífuga transfiere a una turbina gracias a un líquido, normalmente aceite.

El cigüeñal hace girar el volante de inercia y la bomba que está unida a él, provocando el desplazamiento del aceite hacia la turbina y el movimiento del eje de salida.

Embragues de fricción

Estos embragues transmiten el movimiento por medio de uno o varios discos de fricción intercalados entre el volante de inercia del motor y el eje primario de la caja de cambio, utilizando un mecanismo de presión.

Existen tres tipos de embragues de fricción (monodisco, doble disco y multidisco) aunque el más utilizado es el de doble disco. El embrague de doble disco permite llevar independiente el movimiento de la caja de cambios del movimiento de la toma de fuerza.

El embrague de doble disco lleva dos discos de embrague (el primer disco conectado con el eje primario de la caja de cambios, y el segundo unido a un eje que transmite el movimiento a la toma de fuerza) y dos platos opresores.

Dependiendo de la posición del pedal, el embrague actúa de una forma u otra. Pueden darse tres casos:

1 En esta primera opción, el movimiento se transmite a la caja de cambios y a la toma de fuerza, puesto que los dos discos de embrague están embragados.

2 Únicamente se transfiere el movimiento a la toma de fuerza, puesto que el segundo disco sigue embragado. Al pisar el pedal de embrague hasta la mitad de su recorrido, se libera el primer disco de embrague, desconectándose el movimiento a la caja de cambios.

 

3 Pisando a fondo el pedal del embrague se desconectan los dos movimientos, quedando entonces liberados los dos discos de embrague. No se transmite, por tanto, el movimiento a la caja de cambios ni a la toma de fuerza.

11.2. Caja de cambios

La caja de cambios permite aumentar o disminuir las revoluciones del motor, con el consecuente cambio en la fuerza disponible para tirar de las máquinas. Es decir, si la potencia suministrada por el motor fuera una constante (por ejemplo, la potencia nominal), a más velocidad del tractor, menos fuerza de tiro, y viceversa.

Nota: Suponiendo que no existieran pérdidas de energía en la transmisión

Las labores agrícolas y forestales requieren el empleo de gran cantidad de máquinas, siendo la velocidad de avance y la fuerza de tracción diferentes en cada una de ellas.

La caja de cambios del tractor es, pues, el elemento de la transmisión que permite obtener un elevado número de marchas entre el eje de entrada y el de salida de dicha caja, con lo cual, para un mismo régimen de funcionamiento del motor, se pueden obtener tantas velocidades de avance como marchas tenga la caja de cambios.

El tractor tendrá menos fuerza de tiro a una velocidad larga que a una corta. Para adaptarse a las distintas velocidades de avance necesarias en los trabajos agrícolas o forestales, los modelos modernos tienen 12, 16, 24 o incluso más de 32 marchas. Tal diversidad de relaciones de desmultiplicación se consigue colocando varias cajas de cambio en serie (una caja de cambios de 4 o 6 marchas y uno o varios grupos reductores).

El número de marchas total resulta del producto de las posibilidades que incluyen las diferentes cajas de cambio (por ejemplo, una caja de cambio de 4 velocidades y un grupo reductor de marchas cortas y largas tendrán 4x2 velocidades).

Recuerde

Para un determinado trabajo, la marcha óptima es la que confiere al vehículo la velocidad de avance adecuada, aprovechando de la mejor manera las características del motor (potencia, par, consumo).

Generalmente, los tractores disponen de un grupo reductor situado antes de la caja de cambios propiamente dicha, con el fin de aumentar el número de velocidades. Aunque la caja de cambios está sufriendo continuos avances, dada su importancia en la eficiencia del tractor, una caja de cambios de tipo convencional seguiría el siguiente esquema:

Grupo reductor

El grupo reductor consta de una palanca reductora con tres posiciones: velocidades cortas, punto muerto y velocidades largas.

La palanca reductora mueve un desplazable con dos piñones de diferente tamaño: L y C. El desplazable se desliza sobre un eje estriado que recibe el movimiento del disco del embrague (eje primario).

Debajo de este conjunto hay un eje (eje intermediario del grupo reductor) con tres piñones de distinto tamaño fijos a él: dos (L’ y C’) que sirven para engranar con los del desplazable, y el tercero que, en toma constante, es el encargado de transmitir el movimiento a la caja de cambios.

Caja de cambios

Básicamente tiene tres ejes: uno de entrada (eje primario) y dos de salida (intermediario y secundario).

El grupo reductor transmite el movimiento al eje primario que, con un par de piñones en toma constante, lo transfieren al eje intermediario.

El eje intermediario tiene cuatro piñones de diferentes tamaños fijos a él:

1 1º piñón: en toma constante con un piñón del eje primario.

2 2º piñón (MA’): engranado con un pequeño piñón para conseguir la macha atrás.

3 3º y 4º piñón (1 y 2’): que engranan alternativamente, según se desee, con los del eje secundario, para conseguir las velocidades 1ª y 2ª.

Sobre el eje secundario van colocados dos piñones desplazables, uno el de 1ª y marcha atrás, y otro el de 2ª y 3ª. Cada piñón va unido a un collarín, en la garganta del cual se aloja una horquilla que se acciona por medio de la palanca del cambio mediante unas barras.

En esta caja de cambios, la palanca de cambio tiene cinco posiciones: punto muerto, primera velocidad, segunda velocidad, tercera velocidad y marcha atrás.

En la posición de punto muerto no hay transmisión de movimiento, porque no se encuentra engranado ningún piñón del eje secundario con ninguno del eje intermediario.

Aplicación práctica

En base a la siguiente imagen, ¿qué marcha está puesta?, ¿qué piñones están engranados y con cuáles?

SOLUCIÓN

Está puesta la marcha atrás. Partiendo de punto muerto, se desplaza la palanca hacia la posición MA, con lo cual el desplazable 1ª-MA engrana con un piñón de marcha atrás, el cual, a su vez, está engranado siempre con un piñón del intermediario (MA’). El piñón situado entre el piñón del eje secundario y el piñón del eje intermediario invierte el sentido de giro y, por tanto, el tractor se desplazará hacia atrás.