Manual Teórico-Práctico del Módulo Autocontenido Transversal. Mantenimiento de Sistemas de Lubricación

Transcripción

1 Colegio Nacional de Educación Profesional Manual Teórico-Práctico del Módulo Autocontenido Transversal Mantenimiento de Sistemas de Lubricación PARA LAS CARRERAS DE PROFESIONAL TÉCNICO-BACHILLER EN: Automotriz Motores a Diesel e-cbcc Capacitado por: Educación-Capacitación Basadas en Competencias Contextualizadas Automotriz y Motores a Diesel 1

2 Colegio Nacional de Educación Profesional PARTICIPANTES Director General José Efrén Castillo Sarabia Secretario Académico Marco Antonio Norzagaray Director de Diseño Curricular de la Formación Ocupacional Gustavo Flores Fernández Coordinador de Área: Jaime Gustavo Ayala Arellano Grupo de Trabajo para el Diseño del Módulo Especialistas de Contenido AMIME Asociación Mexicana de Ingenieros Mecánicos y Electricistas Revisor de contenido José Guadalupe Olvera Yáñez Revisión Pedagógica Virginia Morales Cruz Revisores de la Contextualización Agustín Valerio Guillermo Armando Prieto Becerril Automotriz y Motores a Diesel 2

3 Áreas: Mantenimiento e Instalación Manual del curso módulo Autocontenido Transversal. Carreras: Automotriz y Motores a Diesel. D.R CONALEP. Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, incluida la portada, por cualquier medio sin autorización por escrito del CONALEP. Lo contrario representa un acto de piratería intelectual perseguido por la Ley Penal. E-CBCC Av. Conalep No. 5, Col. Lázaro Cárdenas, C. P Metepec, Estado de México. Automotriz y Motores a Diesel 3

4 Índice Colegio Nacional de Educación profesional Técnica Participantes I. Mensaje al alumno 10 II. Como utilizar este manual 11 III. Propósito del curso módulo autocontenido 14 IV. Normas de competencia laboral 15 V. Especificaciones de evaluación 16 VI. Mapa curricular del curso módulo autocontenido 17 UNIDAD I CLASIFICACIÓN DE LUBRICANTES UTILIZADOS EN LOS SISTEMAS DEL VEHÍCULO Identificar las características de cada tipo de lubricantes que existen así como su uso específico en el sistema de lubricación, siguiendo el manual de especificaciones Principios de lubricación. Introducción. Fricción. Desgaste por fricción. Temperatura: Radiación. Convección. Transferencia en líquidos. Escalas de Temperatura: Absolutas. Relativas. Conversión de unidades entre diferentes escalas Características físicas y químicas de los aceites para motor. Propiedades. La viscosidad. Punto de chispa. Cuidados, tratamiento, almacenamiento y reciclado Clasificaciones de viscosidad ISO (DIN 51519). SAE J300 para motores. SAE J306 para engranajes Clasificaciones de lubricantes Consulta del manual del fabricante. ACEA (CCMC). Automotriz y Motores a Diesel 4

5 API La clasificación API. SD SE SF SG CC La clasificación SAE. SAE 5W. SAE 10W. SAE 15W. SAE 20W- 20. SAE 30 SAE 40. SAE Aceites para engranajes. Clases. Características Aceite para transmisión automática. Tipos. Características Función de los aditivos. Para mejorar el índice de viscosidad. Para disminuir el punto de derrame. Incremento del punto de solidificación. Detergentes. Dispersantes. Para altas presiones. Contra el desgaste. Para inhibir la corrosión. Para inhibir la oxidación. Para inhibir la espuma. Para modificar la fricción Clasificación de grasas. A base de jabón. Sin jabón. Utilización de grasas. Clasificación DIN Automotriz y Motores a Diesel 5

6 1.2 Explicar las características de los materiales a lubricar en el vehículo así como la importancia de ésta, en base al manual de especificaciones Características del desgaste de materiales. Desgaste por fricción. Desgaste por fatiga. Formación de fracturas. Choques térmicos. Resistencia a esfuerzos Efectos por control de lubricación. Resistencias a esfuerzos al desgaste y fatiga. Deformación por calor y temperatura. Dimensiones y ángulos. Conceptos: fisuras, fugas,vacío, Presión y Presión atmosférica Finalidad de la lubricación en el motor. Beneficios. Recomendaciones. UNIDAD II SELECCIÓN DE EQUIPO Y HERRAMIENTA PARA LA LUBRICACIÓN DEL VEHÍCULO Identificar las características del equipo y herramienta necesarios de acuerdo a los sistemas a lubricar del vehículo Herramienta. Utilización de herramienta básica. Operaciones básicas de aritmética. Manejo de fracciones (quebrados). Números enteros y fraccionarios. Números Positivos y Negativos. Técnicas básicas para utilización de herramienta. Sistemas de Unidades y Medidas. - Sistema Métrico decimal. - Sistema Inglés. - Sistema Internacional de Unidades. Conversión de unidades entre sistemas. Automotriz y Motores a Diesel 6

7 Herramientas Especiales. Pistola engrasadora. Boquilla de tubo recto. Boquilla de manguera flexible. Boquilla de aguja. Acoplador de cierre. Aceitera. Embudo de cuello flexible Llave para filtro de aceite (cincho) Equipo en el Taller. Compresor. Gato hidráulico. Soportes o torres. Camilla Explicar la importancia de la seguridad y la higiene en el trabajo identificando los factores que la afectan, así como los reglamentos que la respaldan Seguridad e higiene. Factores que la afectan. Importancia. Leyes y reglamentos. Seguridad Industrial. - Ubicación de áreas de actividades dentro de la Empresa. - Códigos industriales utilizados en la empresa Prevención de accidentes. Organización de las áreas en el taller. De trabajo. De tránsito. Ruta de evacuación. Equipo de protección personal. Limpieza en el taller Manejo de equipo de seguridad. Uso del aire comprimido. Manejo de extinguidores. Botiquín Almacenamiento y manejo de productos flamables. Automotriz y Motores a Diesel 7

8 Reglamentación para el manejo de aceite quemado. Recipientes utilizados. Colegio Nacional de Educación profesional Técnica UNIDAD III MANTENIMIENTO DE LUBRICACIÓN A LOS SISTEMAS DEL VEHÍCULO AUTOMOTRIZ Identificar los componentes y características del sistema de lubricación en el motor del vehículo de acuerdo con el manual del fabricante Tipos de sistemas de lubricación. Por salpicado. Por presión. Por dosificación. Características. Áreas y volúmenes involucrados Instrumentación del sistema de lubricación del motor. Indicadores. Medidores. Sensores Bomba de aceite. Tipos. Características. Determinación del caudal y presión Circulación del aceite en el motor. Circuitos de recorrido en la cabeza y componentes. En el interior del motor Realizar el mantenimiento de lubricación de los sistemas del vehículo automotriz de acuerdo con el manual del fabricante Características del vehículo. Manual del fabricante. Puntos de elevación. Automotriz y Motores a Diesel 8

9 Puntos de lubricación Servicios de Lubricación. Suspensión. Transmisión. Dirección. Cambio de aceite en motor. A la carrocería. Chasis Filtros de aceite Funcionamiento. Mantenimiento. Manejo de filtros usados Reparación de componentes. Consulta del manual del fabricante. Reemplazo de bomba de aceite. Reemplazo de juntas. Limpieza de obstrucciones en conductos de lubricación Reparación y detección de fugas. En el cárter. A través de juntas. Fugas hacía el sistema de enfriamiento. Fugas hacía las cámaras de combustión Supervisión de la calidad de los servicios realizados. Métodos de supervisión. Técnicas de calidad Evolución tecnológica de los sistemas de lubricación. Componentes. Sistemas Características del avance tecnológico en lubricantes para vehículos. Comercialidad. Automotriz y Motores a Diesel 9

10 Calidad. Automotriz y Motores a Diesel 10

11 I. MENSAJE AL ALUMNO Colegio Nacional de Educación profesional Técnica CONALEP TE DA LA BIENVENIDA AL CURSO-MÓDULO AUTOCONTENIDO TRANSVERSAL MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE LUBRICACIÓN! EL CONALEP, a partir de la Reforma Académica 2003, diseña y actualiza sus carreras, innovando sus perfiles, planes y programas de estudio, manuales teórico-prácticos, con los avances educativos, científicos, tecnológicos y humanísticos predominantes en el mundo globalizado, acordes a las necesidades del país para conferir una mayor competitividad a sus egresados, por lo que se crea la modalidad de Educación y Capacitación Basada en Competencias Contextualizadas, que considera las tendencias internacionales y nacionales de la educación tecnológica, lo que implica un reto permanente en la conjugación de esfuerzos. Este manual teórico práctico que apoya al módulo autocontenido, ha sido diseñado bajo la Modalidad Educativa Basada en Competencias Contextualizadas, con el fin de ofrecerte una alternativa efectiva para el desarrollo de conocimientos, habilidades y actitudes que contribuyan a elevar tu potencial productivo y, a la vez que satisfagan las demandas actuales del sector laboral, te formen de manera integral con la oportunidad de realizar estudios a nivel superior. Esta modalidad requiere tu participación y que te involucres de manera activa en ejercicios y prácticas con simuladores, vivencias y casos reales para promover un aprendizaje integral y significativo, a través de experiencias. Durante este proceso deberás mostrar evidencias que permitirán evaluar tu aprendizaje y el desarrollo de competencias laborales y complementarias requeridas. El conocimiento y la experiencia adquirida se verán reflejados a corto plazo en el mejoramiento de tu desempeño laboral y social, lo cual te permitirá llegar tan lejos como quieras en el ámbito profesional y laboral. II. CÓMO UTILIZAR ESTE MANUAL Automotriz y Motores a Diesel 11

12 Las instrucciones generales que a continuación se te pide que cumplas, tienen la intención de conducirte a vincular las competencias requeridas por el mundo de trabajo con tu formación de profesional técnico. Redacta cuáles serían tus objetivos personales al estudiar este cursomódulo autocontenido. Analiza el Propósito del cursomódulo autocontenido que se indica al principio del manual y contesta la pregunta Me queda claro hacia dónde me dirijo y qué es lo que voy a aprender a hacer al estudiar el contenido del manual? Si no lo tienes claro, pídele al docente te lo explique. Revisa el apartado Especificaciones de evaluación, son parte de los requisitos por cumplir para aprobar el curso-módulo. En él se indican las evidencias que debes mostrar durante el estudio del mismo para considerar que has alcanzado los resultados de Analiza el apartado Normas Técnicas de Competencia Laboral, Norma Técnica de Institución Educativa. Revisa el Mapa Curricular del módulo autocontenido transversal. Esta diseñado para mostrarte esquemáticamente las unidades y los resultados de aprendizaje que te permitirán llegar a desarrollar paulatinamente las competencias laborales requeridas por la ocupación para la cual te estás aprendizaje de cada unidad. Es fundamental que antes de empezar a abordar los contenidos del manual tengas muy claros los conceptos que a continuación se mencionan: competencia laboral, competencia central, competencia básica, competencia clave, unidad de competencia (básica, genéricas específicas), elementos de competencia, criterio de desempeño, campo de aplicación, evidencias de desempeño, evidencias de conocimiento, evidencias por producto, norma técnica de institución educativa, formación ocupacional, módulo autocontenido, módulo integrador, unidad de aprendizaje, y resultado de aprendizaje. Si desconoces el significado de los componentes de la norma, te recomendamos que consultes el apartado Glosario, que encontrarás al final del manual. contexto científico, tecnológico, social, cultural e histórico que le permite hacer significativo su aprendizaje, es decir, el sujeto aprende durante la interacción social, haciendo del conocimiento un acto individual y social. Realiza la lectura del contenido de cada capítulo y las actividades de aprendizaje que se te recomiendan. Recuerda que en la educación basada en normas de competencia laborales la responsabilidad del aprendizaje es tuya, pues eres quien Automotriz y Motores a Diesel 12

13 formando. Revisa la Matriz de Competencias del autocontenido transversal. Describe las competencias laborales, básicas y claves que se contextualizan como parte de la metodología que refuerza el aprendizaje lo integra y lo hace significativo Analiza la Matriz de contextualización del cursomódulo autocontenido. Puede ser entendida como la forma en que, al darse el proceso de aprendizaje, el sujeto establece una relación activa del conocimiento y sus habilidades sobre el objeto desde un desarrolla y orienta sus conocimientos y habilidades hacia el logro de algunas competencias en particular. En el desarrollo del contenido de cada capítulo, encontrarás ayudas visuales como las siguientes, haz lo que ellas te sugieren. Si no lo haces no aprendes, no desarrollas habilidades, y te será difícil realizar los ejercicios de evidencias de conocimientos y los de desempeño. Automotriz y Motores a Diesel 13

14 IMÁGENES DE REFERENCIA Colegio Nacional de Educación profesional Técnica Estudio individual Investigación documental Consulta con el docente Redacción de trabajo Comparación de resultados con otros compañeros Repetición del ejercicio Trabajo en equipo Sugerencias o notas Realización del ejercicio Resumen Observación Consideraciones sobre seguridad e higiene Investigación de campo Portafolios de evidencias Automotriz y Motores a Diesel 14

15 III. PROPÓSITO DEL CURSO-MÓDULO AUTOCONTENIDO Al finalizar el módulo, el alumno realizará el mantenimiento a los sistemas de lubricación identificando los materiales a utilizar, siguiendo los procedimientos y especificaciones establecidos técnicamente, para mantener en óptimo funcionamiento los sistemas de lubricación del vehículo automotriz. Asimismo, se aplicarán los conocimientos científicos, tecnológicos y humanísticos que permiten la comprensión total del módulo, de acuerdo a la metodología de educación y capacitación basada en competencias contextualizadas. Automotriz y Motores a Diesel 15

16 IV. NORMAS TÉCNICAS DE COMPETENCIA LABORAL Para que analices la relación que guardan las partes o componentes de la NTCL o NIE con el contenido del programa del curso módulo autocontenido de la carrera que cursas, te recomendamos consultarla a través de las siguientes opciones: Acércate con el docente para que te permita revisar su programa de estudio del curso-módulo autocontenido de la carrera que cursas, para que consultes el apartado de la norma requerida. Visita la página WEB del CONOCER en en caso de que el programa de estudio del curso - módulo ocupacional esta diseñado con una NTCL. Consulta la página de Intranet del CONALEP en caso de que el programa de estudio del curso - módulo autocontenido está diseñado con una NIE Automotriz y Motores a Diesel 16

17 V. ESPECIFICACIONES DE EVALUACIÓN Durante el desarrollo de las prácticas de ejercicio también se estará evaluando el desempeño. El docente, mediante la observación directa y con auxilio de una lista de cotejo, confrontará el cumplimiento de los requisitos en la ejecución de las actividades y el tiempo real en que se realizó. En éstas quedarán registradas las evidencias de desempeño. Las autoevaluaciones de conocimientos correspondientes a cada capítulo, además de ser un medio para reafirmar los conocimientos sobre los contenidos tratados, son también una forma de evaluar y recopilar evidencias de conocimiento. Al término del curso-módulo deberás presentar un Portafolios de Evidencias 1, el cual estará integrado por las listas de cotejo correspondientes a las prácticas de ejercicio, las autoevaluaciones de conocimientos que se encuentran al final de cada capítulo del manual y muestras de los trabajos realizados durante el desarrollo del curso-módulo, con esto se facilitará la evaluación del aprendizaje para determinar que se ha obtenido la competencia laboral. Deberás asentar datos básicos, tales como: nombre del alumno, fecha de evaluación, nombre y firma del evaluador y plan de evaluación 1 El portafolio de evidencias es una compilación de documentos que le permiten al evaluador, valorar los conocimientos, las habilidades y las destrezas con que cuenta el alumno, y a éste le permite organizar la documentación que integra los registros y productos de sus competencias previas y otros materiales que demuestran su dominio en una función específica (CONALEP. Metodología para el diseño e instrumentación de la educación y capacitación basada en competencias, Pág. 180). Automotriz y Motores a Diesel 17

18 VI. MAPA CURRICULAR DEL CURSO-MODULO OCUPACIONAL Clave: T MALUB00 Módulo Mantenimiento de Sistemas de Lubricación. 126 hrs. Unidad de Aprendizaje 1. Clasificación de lubricantes utilizados en el sistema del vehículo automotriz. 2. Selección de Equipo y Herramienta para la lubricación del vehículo automotriz. 3. Mantenimiento de Lubricación a los Sistemas del Vehículo Automotriz. 18 hrs. 50 hrs. 58 hrs. Resultados de Aprendizaje 1.1. Identificar las características de cada tipo de lubricantes que existen así como su uso específico en el sistema de lubricación, siguiendo el manual de especificaciones Explicar las características de los materiales a lubricar en el vehículo y su importancia, con base en el manual de especificaciones Identificar las características del equipo y herramienta necesarios para lubricar el vehículo, siguiendo el manual Explicar la importancia de la seguridad y la higiene en el trabajo identificando los factores que la afectan, con base en los reglamentos Identificar los componentes y características del sistema de lubricación en el motor del vehículo, de acuerdo con el manual del fabricante Realizar el mantenimiento de lubricación a los sistemas del vehículo automotriz, de acuerdo con el manual del fabricante. 14 hrs. 4 hrs. 30 hrs. 20 hrs. 4 hrs. 54 hrs. Automotriz y Motores a Diesel 18

19 Automotriz y Motores a Diesel 19

20 20 UNIDAD I Clasificación de Lubricantes utilizados en los sistemas del vehículo Identificar las características de cada tipo de lubricantes que existen así como su uso específico en el sistema de lubricación, siguiendo el manual de especificaciones Explicar las características de los materiales a lubricar en el vehículo y su importancia, con base en el manual de especificaciones. UNIDAD II Verificación y diagnostico de fallas del sistema Identificar las características del equipo y herramienta necesarios de acuerdo a los sistemas a lubricar del vehículo Explicar la importancia de la seguridad y la higiene en el trabajo identificando los factores que la afectan, así como los reglamentos que la respaldan. UNIDAD III Mantenimiento de Lubricación a los Sistemas del vehículo automotriz Identificar los componentes y características del sistema de lubricación en el motor del vehículo de acuerdo con el manual del fabricante Realizar el mantenimiento de lubricación a los sistemas del vehículo automotriz de acuerdo con el manual del fabricante. Automotriz y Motores a Diesel 20

21 Clasificación de Lubricantes utilizados en los sistemas del vehículo. Al finalizar la unidad, el alumno clasificará los lubricantes en cada uso, aplicando las normas de seguridad e higiene establecidas y el manual de especificaciones, para prevenir el desgaste que sufren los componentes por una mala lubricación. Automotriz y Motores a Diesel 21

22 VII. MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE Módulo Mantenimiento de Sistemas de Lubricación. 126 hrs. Unidad de Aprendizaje 1. Clasificación de lubricantes utilizados en el sistema del vehículo automotriz. 2. Selección de Equipo y Herramienta para la lubricación del vehículo automotriz. 3. Mantenimiento de Lubricación a los Sistemas del Vehículo Automotriz. 18 hrs. 50 hrs. 58 hrs. Resultados de Aprendizaje 1.1. Identificar las características de cada tipo de lubricantes que existen así como su uso específico en el sistema de lubricación, siguiendo el manual de especificaciones Explicar las características de los materiales a lubricar en el vehículo y su importancia, con base en el manual de especificaciones Identificar las características del equipo y herramienta necesarios para lubricar el vehículo, siguiendo el manual Explicar la importancia de la seguridad y la higiene en el trabajo identificando los factores que la afectan, con base en los reglamentos Identificar los componentes y características del sistema de lubricación en el motor del vehículo, de acuerdo con el manual del fabricante Realizar el mantenimiento de lubricación a los sistemas del vehículo automotriz, de acuerdo con el manual del fabricante. 14 hrs. 4 hrs. 30 hrs. 20 hrs. 4 hrs. 54 hrs. Automotriz y Motores a Diesel 22

23 Automotriz y Motores a Diesel 23

24 1. CLASIFICACIÓN DE LUBRICANTES UTILIZADOS EN LOS SISTEMAS DEL VEHÍCULO. RESULTADOS DE APRENDIZAJE 1.1 Identificar las características de cada tipo de lubricantes que existen así como su uso específico en el sistema de lubricación, siguiendo el manual de especificaciones. 1.2 Explicar las características de los materiales a lubricar en el vehículo y su importancia, con base en el manual de especificaciones. Automotriz y Motores a Diesel 24

25 Estudio individual PRINCIPIOS DE LUBRICACIÓN. INTRODUCCION A LA LUBRICACIÓN El propósito de la lubricación es la separación de dos superficies con deslizamiento relativo entre sí de tal manera que no se produzca daño en ellas: se intenta con ello que el proceso de deslizamiento sea con el rozamiento más pequeño posible. Para conseguir esto se intenta, siempre que sea posible, que haya una película de lubricante de espesor suficiente entre las dos superficies en contacto para evitar el desgaste. Históricamente es interesante señalar que únicamente con la mejora de los procesos de fabricación de elementos metálicos (a partir de la revolución industrial) y el aumento de las velocidades de giro de ejes (por encima de las habituales de un carro o un molino) la lubricación hidrodinámica se convierte en el tipo normal de lubricación y empieza a ser estudiada. La lubricación con grasas (lubricación límite) recibió una atención especial desde hace ya muchos años. Un gran número de famosos investigadores realizó experimentos sobre lubricación: Leonardo da Vinci (1508), Amontons (1699), Euler (1748), Coulomb (1809). Amontons y Coulomb hallaron que la fuerza de fricción F que hay que vencer para mover un cuerpo respecto a otro es proporcional a la carga normal aplicada P: es decir existe una constancia del cociente P/F, llamado coeficiente de fricción. Los primeros trabajos sobre un eje con cojinetes trabajando en condiciones hidrodinámicas fueron realizados por Pauli (1849) y Hirn (1854). Estos trabajos Automotriz y Motores a Diesel 25

26 fueron analizados por el científico ruso Petroff en Tower entre 1883 y 1885 demostró que se generaban en este tipo de cojinetes unas presiones elevadas: este hecho fue explicado en 1886 por Reynolds que demostró que era necesaria una forma convergente en la película para que se generara un aumento de presión. Los experimentos de Tower resultaron claves en el desarrollo de esta teoría. Tower estaba encargado de estudiar la fricción en los soportes de los ejes de los carros de ferrocarril y de ver el mejor medio de lubricarlos. En el curso de una de sus investigaciones vio que uno de sus cojinetes parciales tenía un coeficiente de fricción muy bajo (4 de diámetro, 6 de longitud, arco de contacto 157º). Tower practicó un agujero en el apoyo tal como se ve en la figura y vio que la presión que se generaba al girar el eje era elevada. Esto le llevó a hacer un estudio de la distribución de presiones a lo ancho del cojinete. Automotriz y Motores a Diesel 26

27 Los sistemas de lubricación se pueden estudiar de acuerdo a: El rozamiento o dificultad de deslizamiento de una superficie sobre otra se cree que es debido a la interpenetración de las irregularidades de ambas superficies y a la atracción entre los átomos superficiales de los puntos de contacto. A medida que se pulimentan las superficies disminuye el rozamiento debido a la interacción de las asperezas, y aumenta el producido por las atracciones superficiales Si entre ambas se interpone una película de lubricante el deslizamiento, en lugar de hacerse entre ellas, se produce entre las moléculas de fluido. Entonces la fuerza necesaria para el movimiento resulta incomparablemente menor que para el deslizamiento en seco. Automotriz y Motores a Diesel 27

28 El fluido empleado para suavizar el movimiento de dos superficies se denomina lubricante, y al empleo de lubricantes para reducir el movimiento se denomina lubricación. Con la lubricación se logran, además de la reducción del rozamiento, disminuir los desgastes, evitar la corrosión, evacuar el calor producido por el rozamiento, aumentar la estanqueidad entre los órganos con movimiento, eliminar las partículas que aparecen debido al propio funcionamiento, limpiar las paredes de los cilindros de partículas de carbón adheridas a ellos procedentes de la combustión, amortiguar los golpes y reducir los ruidos. La lubricación consiste en interponer entre ambas superficies una película de aceite sobre la que resbalan, la cual, en los motores alternativos, llega a ser en ocasiones tan delgada que su espesor es de tan sólo unas décimas de micra. Esto, que es muy frecuente, permite comprender que el lubricante debe ser de tal calidad que resista las duras condiciones de trabajo de los motores sin que se rompa la película. Para conseguirlo cada motor debe usar un aceite de características adecuadas, por lo que deben seguirse las indicaciones del constructor, al mismo tiempo que usarse aceite de buena calidad y renovarlo con la frecuencia necesaria. La película de aceite que se interpone reduce las pérdidas de energía, para lo cual se descompone en tres capas, dos de ellas adheridas a las superficies, mientras la capa intermedia hace de cojín hidráulico. Aunque el aceite lubricante absorbe una cierta cantidad de energía, la cual depende de su fluidez, del espesor de la película y de las características de las superficies enfrentadas, es mucho menor que la que se consumiría por el rozamiento directo entre ambas. No obstante, como la referida energía es absorbida por el aceite, este se calienta y obliga a su refrigeración. La duración y el buen funcionamiento del motor dependen mucho del uso de un aceite apropiado. Reponer el nivel de aceite constituye una buena norma, pero no debe prescindirse de cambiar todo el aceite después del determinado número de horas de funcionamiento del motor, el cual está establecido por la firma constructora. Puede aumentarse la eficacia de la lubricación añadiendo aditivos especiales al aceite. La lubricación se produce porque, cuando una superficie se desplaza con respecto a otra manteniendo se un ligero ángulo entre ambas, como se indica en la siguiente figura, y entre ellas se interpone una película de aceite, éste genera un gradiente de presión, capaz de soportar las cargas que actúen sobre las superficies, e impedir que se toquen entre ellas. Automotriz y Motores a Diesel 28

29 Si las superficies llegan a estar paralelas o no hay movimiento relativo entre ellas, se anula el gradiente de presión y desaparece la capacidad de soportar las referidas cargas, sin que las superficies entren en contacto. Figura 1.- Principio de la lubricación. Este tipo de lubricación se llama lubricación fluida. Cuando la velocidad relativa de las superficies o la viscosidad del aceite no son suficientes para producir el gradiente de presión, se denomina lubricación límite. En el caso de la lubricación fluida, entre las superficies no hay contacto, por lo que el desgaste es nulo y la resistencia al movimiento es originada principalmente por la viscosidad del lubricante. El coeficiente de rozamiento varía entre 0'002 y 0'012, y la capacidad portante supera los 1250 Kp/cm2. En el caso de la lubricación límite el coeficiente de rozamiento varía de 0'012 y 0'10, la capacidad portante es de unos 20 Kp/cm2 y, el desgaste en este caso depende de las propiedades del aceite, particularmente de la untuosidad, de los materiales y del acabado de la superficie. Es conveniente recordar que las superficies no lubricadas tienen un coeficiente de rozamiento superior a 0'10, que la capacidad portante es de menos de 10 Kp/cm2 y el desgaste muy elevado. Los cojinetes del sistema biela - manivela son los que presentan en general mayores problemas de lubricación. En ellos, cuyo esquema se presenta en la siguiente figura, cuando el motor está parado el gradiente de presión del aceite es nulo, y la lubricación es de tipo límite. Cuando comienza a girar, debido a la rodadura se produce un cierto arrastre de lubricante, lo que produce un gradiente discontinuo de presión. Cuando la velocidad aumenta, se origina un gradiente continuo de presión que soporta la carga sin contacto entre las superficies. En este caso la lubricación es fluida. Esto explica que, durante el período de arranque, se produce un gran desgaste del motor, por lo que no conviene cargar el motor hasta alcanzar, progresivamente la mínima velocidad de giro. Automotriz y Motores a Diesel 29

30 parado en el arranque en funcionamiento Figura 2.- Lubricación de un cojinete. El cojinete de pie de biela, aunque debido al movimiento oscilante no se producen elevados gradientes de presión, puede soportar cargas muy elevadas, ya que el aceite situado entre las superficies es empujado hacia la parte sin carga, lo que le hace adquirir gran capacidad de carga. La lubricación de los engranajes se hace mediante chorro directo, o por inmersión parcial de éstos en el aceite. Es importante evitar que el aceite sea comprimido por los dientes ya que se originarían vibraciones y cargas excesivas, con la consiguiente pérdida de potencia CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS ACEITES PARA MOTOR. CARACTERÍSTICAS DE LOS LUBRICANTES Los aceites empleados en la lubricación de los motores están sometidos a elevadas temperaturas y presiones, lo cual hace que tiendan a descomponerse, anulando así sus propiedades lubricantes, por tanto, la calidad de estos aceites debe ser muy elevada. Los más usados y que ofrecen características adecuadas son los aceites minerales, obtenidos del petróleo, mezclados con aditivos que mejoran sus cualidades. La característica más importante de los lubricantes es la viscosidad, la cual se define como la resistencia que opone un líquido a fluir por un conducto. Esta debe ser la adecuada para que cumpla la misión encomendada, ya que si el aceite es muy fluido llenará perfectamente los espacios y holguras entre las piezas en contacto, pero en cambio, debido a su excesiva fluidez, soportará con dificultad las cargas y presiones a que debe estar sometido y no eliminará los ruidos de funcionamiento. Por el contrario, si el aceite es muy viscoso, soportará perfectamente la presión, pero fluirá mal por los conductos de engrase, llenará con dificultad el espacio entre las piezas y la bomba, necesitará además, un mayor esfuerzo para su arrastre, obligando a consumir mayor energía al motor y ocasionando un mayor calentamiento del mismo. Automotriz y Motores a Diesel 30

31 Fue Newton, en 1668, quien primero valoró la viscosidad midiendo la fuerza necesaria para hacer girar un cilindro dentro de otro concéntrico con él, sumergidos ambos en aceite. Mediante ensayos descubrió que la referida fuerza es: Proporcional a la superficie enfrentada de ambos cilindros. Proporcional a la velocidad lineal relativa de los cilindros. Inversamente proporcional al espesor de la capa de fluido comprendida entre los dos cilindros. F C1 V h C2 Figura 3.- Esquema del aparato utilizado por Newton para medir la viscosidad. De los ensayos estableció la siguiente ecuación: Siendo: F = ν S v h S: superficie deslizante. v: velocidad de deslizamiento. h: espesor de la película lubricante. ν: constante de proporcionalidad viscosidad absoluta. De la ecuación anterior puede obtenerse: ν = F h S v Automotriz y Motores a Diesel 31

32 Como F es una fuerza cuyas dimensiones son MLT -2 ; h es una longitud cuyas dimensión es L; S es una superficie cuyas dimensión es L 2 y v es una velocidad cuyas dimensiones son LT -1, por tanto: ν = F h S v = MLT 2 2 L LT L 1 = ML 1 T 1 La unidad de viscosidad absoluta puede definirse como la viscosidad de un fluido, que opone una resistencia de la unidad de fuerza (una dina) al deslizamiento de la unidad de superficie plana (1 cm2) a la unidad de velocidad (1 cm por segundo) con respecto a otra superficie plana colocada a una distancia igual a la unidad de longitud (1 cm). Esta unidad de viscosidad absoluta se denomina poise. Como el poise es una unidad demasiado grande, se emplea corrientemente el centipoise, que es la centésima parte del poise y que equivale aproximadamente a la viscosidad absoluta del agua a 20º C. Se denomina viscosidad relativa a la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad del fluido. μ μ e = ρ La unidad de viscosidad relativa es el stoke (St). 1 stoke = 1 poise densidad También para medir la viscosidad relativa se utiliza más la centésima parte del stoke, que se denomina corrientemente centistoke, que corresponde aproximadamente a la viscosidad relativa del agua a 20º C. Las unidades de viscosidad citadas se utilizan casi exclusivamente en aspectos técnicos. En la práctica se mide la viscosidad con aparatos que se denominan viscosímetros, por medio de los cuales se determina el tiempo que tarda en vaciarse, a una temperatura determinada, un volumen determinado de fluido. Automotriz y Motores a Diesel 32

33 Aceite. 2.- Agua. 3.- Termómetro. 4.- Obturador. 5.- Tobera calibrada. 6.- Probeta Figura 4.- Viscosidad universal Saybolt. Los viscosímetros más utilizados son: el Engler en Europa, el Saybolt en Estados Unidos y el Redwood en Inglaterra. La medición de la viscosidad en grados Engler (ºE) consiste en determinar el tiempo que tarda en fluir por su tobera una cierta cantidad de aceite de 200 cm3 y compararlo con el tiempo que tarda en fluir la misma cantidad de agua destilado todo ello a 20º C. º E = tiempo de fluido del aceite tiempo de fluido del agua destilada Para viscosidades superiores a 50 cst, los grados Engler y los centistokes se relacionan por medio de las fórmulas: cst = ºE 7'6 º E = cst 0'1316 Un aspecto técnicamente importante, que es necesario señalar es que los principios que rigen el rozamiento entre superficies no lubricadas, basados en las leyes de Amontons Coulomb, cuando se interpone una capa de lubricante, no se cumplen. Las referidas leyes son las siguientes: La fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la carga. La fuerza de rozamiento es independiente de la extensión de las superficies en contacto. La fuerza de rozamiento depende de la naturaleza de las superficies en contacto. La fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad relativa de la superficie deslizante. Automotriz y Motores a Diesel 33

34 A la relación entre la fuerza de rozamiento Fa y la carga P se denomina coeficiente de rozamiento. ρ = Esta relación, según la primera ley de Amontons - Coulomb, es constante y, según la tercera ley, depende únicamente de la naturaleza de la superficie deslizante. En cambio, cuando se estudia el rozamiento de cojinetes lubricados, no ocurre así. Esto fue explicado por primera vez por Petroff. Para ello consideró un eje girando en un cojinete, con la holgura entre ellos completamente llena de aceite. Si es r el radio del muñón, h la holgura y l la longitud de contacto entre muñón y manguito, si el eje gira a n r.p.m., su velocidad v vendrá dada por: F a P v π r n = 30 n rpm 2r h Figura 5.- Cojinete Como el esfuerzo tangencial debido al rozamiento del lubricante es según la fórmula de Newton: S v F = ν h l Como S = 2π r l se tiene que: Automotriz y Motores a Diesel 34

35 2 2 π r l r n F = ν 30 h El par de torsión que genera F vendrá dado por: Colegio Nacional de Educación profesional Técnica M = F r M = π r l ν n 30 h Sea Q la fuerza normal que actúa sobre el cojinete, la presión específica o fuerza por unidad de proyección de la superficie lateral del muñón sobre un plano paralelo a su eje es: P = Q 2 l r Si μ es el coeficiente de rozamiento, la fuerza de rozamiento será: R = Q μ = 2 r l μ P Y el par debido al rozamiento es: M R = R r M R = 2 r l μ P r = 2 r 2 l μ P Igualando M y M R se tiene que: 2 r l μ P = π r l 30 h 2 ν n π 2 ν n r μ = P h 30 Automotriz y Motores a Diesel 35

36 Ecuación que indica que el coeficiente de rozamiento no es constante y varía con la viscosidad del aceite, con las dimensiones del cojinete y con la velocidad relativa de las superficies enfrentadas. La expresión anterior recibe el nombre de ecuación de Petroff, e indica que los n r parámetros ν y son muy importantes para el estudio de la lubricación. P h Cuando un eje gira en un cojinete con lubricante puede presentarse la curva determinada empíricamente que se ofrece a continuación y que representa la variación n de μ con ν. P μ A Película delgada Película gruesa D B C ν n/p AB: zona de rozamiento por untuosidad. BC: zona de rozamiento mixto. CD: zona de rozamiento fluido. Figura 6.- Variación del coeficiente de rozamiento de un cojinete con ν n/p. * En la porción AB la película es muy delgada, ya que al ser n pequeño el arrastre de aceite hacia la cuña no es suficiente como para generar una presión capaz de separar el muñón del manguito. El cojinete funciona en la frontera del rozamiento entre los metales únicamente disminuido por la delgada película de aceite. En estas condiciones es particularmente importante la untuosidad del lubricante. * De B a C la película es más gruesa, y la rugosidad de las superficies de unión y manguito tiene poca o nula importancia. En esta situación predominan las fuerzas viscosas. * De C a D el coeficiente de rozamiento crece con la velocidad lo que está en contraste con las superficies secas estudiadas por Coulomb. Otras características de los aceites lubricantes son: Automotriz y Motores a Diesel 36

37 Índice de viscosidad: Como la viscosidad de los lubricantes disminuye al elevar su temperatura, es necesario conocer esta variación, cuando se han de emplear en máquinas que, como los motores alternativos, trabajan entre un gran rango de temperaturas. Para la determinación del índice de viscosidad de los aceites se toma como cero la variación de los aceites aromáticos que varían mucho de viscosidad con la temperatura, y como 100 la de los aceites parafínicos, porque varían muy poco. Por tanto, cuanto más alto sea el índice de viscosidad de un aceite, menor será su variación de viscosidad con los cambios de temperatura. Untuosidad: Esta propiedad se define como la capacidad que poseen los aceites de adherirse a las superficies que impregnan. Para aumentarla se añaden como aditivos pequeñas proporciones de aceites de ballena, de palma y de colza. La untuosidad no se cuantifica pues no existen aparatos normalizados que permitan medirla. Punto de congelación: Se llama punto de congelación a la temperatura más baja a la cual solidifica un aceite. En España los aceites para motores soportan hasta -20º C. Punto de inflamación: Se conoce como punto de inflamación en los aceites la temperatura mínima a la que se inflaman sus vapores en contacto con un punto incandescente. Los aceites utilizados en la lubricación de los motores soportan hasta 240º C. Estabilidad química: Es la capacidad que tienen los aceites de permanecer inalterables con el tiempo a la oxidación y a la descomposición. Para mejorarla se usan aditivos. Grado de acidez: Se refiere al porcentaje de ácidos libres que contiene un aceite de engrase. Dicho porcentaje no debe exceder del 0'03% para evitar corrosiones. Capacidad antiespumante: La formación de espuma consiste en la emulsión de aire en la masa del aceite. Esto es un fenómeno indeseable, pues perjudica las buenas cualidades del lubricante. La formación de espuma se evita con la adición de sustancias antiespumantes. Capacidad detergente: En los motores se producen gran cantidad de residuos que se aglomeran y producen mal funcionamiento y rápido desgaste. Para evitarlo se añade Automotriz y Motores a Diesel 37

38 a los aceites productos detergentes, que los mantienen en suspensión sin que se aglomeren Clasificaciones de lubricantes. EQUIPO DE ENGRASE DE LOS MOTORES ALTERNATIVOS Se ha visto la importancia y necesidad del engrase y, lógicamente, en los motores alternativos, para reducir las pérdidas de energía por rozamiento, y evitar los problemas inherentes a sus condiciones de funcionamiento, la lubricación en pistones, cilindros, cojinetes de biela y bancada, árbol de levas, balancines y distribución, es imprescindible. Los antiguos sistemas de engrase por barboteo, están superados y actualmente en desuso. Consistían en que las cabezas de las bielas llevaban unas pequeñas cucharillas que se sumergían en el aceite y, por fuerza centrífuga, lo lanzaban contra las superficies internas impregnándolas y penetrando, al escurrir hacia el cárter, en conductos que lo llevaban hasta los cojinetes de la bancada y del árbol de levas. Evidentemente el engrase por barboteo es insuficiente para los motores modernos, y es por lo que la lubricación ha evolucionado hasta el denominado engrase a presión. Un esquema del sistema de engrase a presión de los motores alternativos, basado en el sistema I.S.O. de representación de las transmisiones hidrostáticas de potencia, es el que se presenta a continuación: Cárter. 2.- Filtro de malla. 3.- Bomba. 4.- Motor. 5.- Manómetro. 6.- Filtro poroso. 7.- Válvula reguladora de presión. 8.- Conducciones. 9.- Retorno. Figura 7.- Esquema I.S.O. de circuito de engrase. Automotriz y Motores a Diesel 38

39 En realidad el sistema de engrase a presión es un sistema mixto, ya que se combina con el barboteo, enviando el aceite a presión a los puntos de más difícil acceso y engrasando por pulverización las demás partes del motor. El funcionamiento, que se comprende muy fácilmente siguiendo el esquema anterior, es como sigue: El aceite lubricante contenido en el cárter es aspirado por la bomba a través de un filtro de malla que elimina las partículas más gruesas y es enviado a presión, a través de un segundo filtro mucho más fino a una tubería situada en el bloque, desde la cual, a través de conducciones internas llega a los cojinetes y al salir por los orificios de salida situados en los contrapesos del cigüeñal y pies de las bielas, es pulverizado y lanzado formando una nube que engrasa las paredes de los cilindros y demás elementos situados en el interior del bloque. El segmento rascador o de engrase de los pistones lo barre de las paredes del cilindro y le hace retornar al cárter. Figura 8.- Engrase de un motor. De la tubería principal parten también otras ramificaciones que envían el aceite a los apoyos del árbol de levas y al eje de balancines, desde donde al rebosar engrasa las guías de válvula y retorna al cárter por los orificios de las varillas empujadoras. En los motores modernos, debido a las grandes presiones que tienen que soportar la cabeza de biela esta se lubrica a presión, para lo que lleva practicado un taladro longitudinal en la caña que lleva el aceite a presión desde los cojinetes de bancada. Es importante destacar que el engrase por mezcla de aceite con el combustible empleado en los motores de dos tiempos y que como se dijo al estudiar los principios básicos de dichos motores consiste en añadir al combustible aceite lubricante aproximadamente en un 3%, es próximo al engrase por barboteo, ya que durante la Automotriz y Motores a Diesel 39

40 admisión el aceite entra en el cárter mezclado con el combustible y, al evaporarse éste, se deposita sobre las superficies de las piezas a las cuales impregna, introduciéndose además por los orificios de engrase para lubricar los cojinetes de apoyo. Los elementos constituyentes de los circuitos de engrase a presión, tienen las siguientes características: * El filtro de malla de la aspiración evita que las impurezas procedentes de la combustión y las partículas metálicas procedentes del desgaste de las piezas, circulen por el interior del motor y produzcan desgastes excesivos y produzcan obstrucciones en el circuito de engrase. * El segundo filtro, se intercala a la salida de la bomba y como elemento filtrante se emplea material de gran porosidad plegado en forma de acordeón para aumentar la superficie de retención de impurezas y oponer baja resistencia al paso del aceite, el cual se monta en el interior de un recipiente metálico con orificios de entrada y salida de aceite, montado en el motor con facilidad de acceso para poder cambiarlo fácilmente. 1 2 Envase de acero. Acoplamiento de acero Guía Junta de estanquidad Antifuga termoplástico Elemento filtrante 1.- Envolvente rígida troquelada. 2.- Filtro de papel plegado. Figura 9.- Elemento filtrante. * La bomba, movida por el propio motor, aspira el aceite y lo impulsa con caudal y presión suficientes como para abastecer las necesidades de engrase del motor. Entre las bombas de engrase las más utilizadas son las de engranajes, tanto en motores Otto como Diesel. Estas bombas están constituidas por una carcasa en cuyo interior donde van alojados dos engranajes, de los cuales uno gira loco arrastrado por el otro el cual recibe el movimiento desde el árbol de levas o desde la distribución. Al girar aspiran el aceite del cárter, a través del filtro de malla, y lo lanzan a presión hacia las tuberías que lo conducen por el interior del motor. Su esquema es el que se representa en la figura siguiente: Automotriz y Motores a Diesel 40

41 Figura 10.- Bomba de engranajes. * Para regular la presión de funcionamiento del circuito de engrase se utiliza una válvula reguladora, cuyo esquema es el que se presenta en la siguiente figura, la cual se monta en la impulsión y que se encarga de descargar al cárter el aceite sobrante cuando la bomba envía excesivo el caudal, sin que la presión supere los valores máximos admisibles en el circuito Figura 11.- Válvula de descarga. La presión suele oscilar entre 2 y 2'5 kg/cm2 con el motor en caliente y cerca de los 4 kg/cm2 con el motor en frío. * El control de presión en los motores suele hacerse mediante un manómetro o mediante una lámpara testigo. El manómetro toma la señal de presión de la impulsión de la bomba, y mediante la deformación de una tubería flexible se mueve una aguja indicadora. La lámpara testigo se coloca en lugar visible por el tractorista y actúa mediante una válvula presostática, la cual, cuando el motor está parado o la presión del aceite sea baja, cierra los contactos de un circuito que enciende la lámpara testigo y, en cambio, los separa cuando la presión del aceite aumenta. Automotriz y Motores a Diesel 41

42 * Como se expuso al comienzo de este tema, la refrigeración del aceite es necesaria y, aunque los aceites empleados en la actualidad son de gran calidad y varían poco su viscosidad con la temperatura, conviene mantenerla dentro de unos límites que varían entre 75 y 85º C. Para ello el aceite caliente se hace retornar al cárter donde es refrigerado. El cárter se construye de forma que permita irradiar el calor con facilidad, y se fabrica normalmente de aluminio por su alta conductividad térmica. Para obtener una mejor refrigeración del aceite de engrase, algunos vehículos disponen de un circuito de refrigeración especial que consta de un radiador, a través del cual se hace pasar el caudal de aceite suministrado por la bomba antes de llegar al filtro, con lo cual se obtiene una refrigeración eficaz del mismo al ser atravesado por el aire que proporciona el ventilador Cárter Filtro de malla Bomba Motor. 5.- Refrigerador con ventilador. 6.- Manómetro. 7.- Filtro poroso. 8.- Válvula reguladora 2 de presión. 9.- Conducciones Retorno. Figura 12.- Refrigeración del aceite de engrase Clasificaciones de viscosidad. TIPOS DE LUBRICANTES Los aceites de engrase se pueden clasificar por su viscosidad, por sus cualidades de engrase y por sus condiciones de trabajo. Según su viscosidad los aceites de engrase han sido clasificados por la Asociación Americana de Ingenieros (SAE), según los siguientes grupos comerciales: * Aceites de motor: son aceites fluidos empleados para la lubricación del motor, con una densidad o grado de viscosidad que oscila desde el SAE 10 al SAE 70. Automotriz y Motores a Diesel 42

43 La clasificación SAE. Denominación SAE Viscosidad en ºE a 50º C Viscosidad en ºE a 100º C Fluidez '1 a 4'2 4'2 a 6'4 6'4 a 9'3 9'3 a 11'6 11'6 a 18'8 18'8 a 24'8 24'8 a 32'3 1'4 a 1'6 1'6 a 1'8 1'8 a 2'1 2'1 a 2'3 2'3 a 3'0 3'0 a 3'5 3'5 a 4'1 muy fluido fluido semifluido semidenso denso muy denso extra denso Tabla 1.- Clasificación SAE de los aceites de motor y su viscosidad. Valvulinas: dentro de esta denominación se hallan los aceites densos empleados en la lubricación de engranajes en general, tales como cajas de cambio, diferenciales, etc. Las valvulinas abarcan los grupos SAE 80 a SAE Clasificación de grasas. Tabla 2.- Características de los aceites SAE para automoción. *Grasas consistentes: consisten en aceites minerales espesados con jabones, que se emplean para lubricación estanca de cojinetes y rodamientos. Automotriz y Motores a Diesel 43

44 Según sus cualidades de engrase se clasifican en los siguientes tipos de aceites comerciales: * Aceite regular: Es el aceite normal purificado, tal y como se obtiene del petróleo, es decir, sin aditivos químicos que mejoren sus cualidades lubricantes. Su viscosidad varía con la temperatura y tiene tendencia a la oxidación. * Aceite premium: Aceite regular con aditivos anticorrosivos y de aumento de adherencia: Es el aceite que resulta de mezclar el aceite regular con aditivos químicos en proporción inferior al 5%, con el objeto de mejorar su resistencia a la oxidación y corrosión, aumentando su grado de adherencia con aceites vegetales. * Aceite detergente: Aceite premium con aditivos detergentes. También denominado con las siglas (H.D.). Además de anticorrosivo y antioxidante tiene la propiedad de limpiar la carbonilla, procedente de la combustión, que se deposita en las paredes de las camisas y canalizaciones. * Aceites multigrado: Estos aceites abarcan varias denominaciones SAE y se comportan como varios aceites de un sólo grado en cuanto a su viscosidad. Entre ellos está el multigrado SAE 20 W 50. Este tipo de aceite se adapta a todas las temperaturas comprendidas entre el SAE 20 y el SAE Aceites al grafito o molibdeno: Son aceites, que con aditivos especiales, se emplean generalmente en el rodaje de motores. Estos productos, en contacto con las piezas a lubricar, hacen que su rodaje sea más suave y ejercen una acción de pulido en las mismas. Según sus condiciones de trabajo han sido clasificados por el Instituto Americano del Petróleo (API), en los siguientes tipos: *Aceites para servicio ligero ML (en gasolina) y DG (para Diesel): Se emplean en motores que trabajan en condiciones normales. * Aceites para servicio semipesado MM (en gasolina) y DM (Diesel): Se emplean en motores a los que se les exigen altas prestaciones. * Aceites para servicio pesado MS (en gasolina) y DS (Diesel): Se emplean en motores que trabajan con frecuentes arranques y paradas. Automotriz y Motores a Diesel 44