Historia de Los Tractores

8/20/2019 Historia de Los Tractores

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ISTORIA DE LOS TRACTORES

1.1.- INTRODUCCIÓNEl ser humano, inteligente, pero poco potente

para la realización de trabajos tan arduos y pocoatractivos como son muchas de las faenasagrícolas, ha buscado desde la antigüedad eldesarrollo de máquinas que le sustituyanmejorando de esta forma su calidad de vida.

El trmino !ecanización "graria indica larealización con máquinas de los trabajos que en elcampo en otros tiempos se hacían con fuerzaanimal o mediante la actividad del hombre.

#os son los objetivos básicos de lamecanización agrícola$

- "umentar la productividad.- !ejorar la ergonomía del trabajo

agrícola.

!uchas y muy variadas han sido las solucionesmecánicas encontradas por el hombre paratrabajar en la agricultura, hasta el punto que hoypuede decirse que, en la mayoría de lasactividades agrícolas, el ser humano ha dejado deser el aporte energtico, pasando a ser elcontrolador de la potencia requerida por las

máquinas que l ha inventado.

#e todas las máquinas desarrolladas por elhombre para la mecanización de la agricultura es,sin duda alguna, el tractor agrícola la másimportante.

El profesor #. Eladio "randa %eredia &'( granimpulsor de la mecanización de la agriculturaespa)ola decía que, en el campo, el tractor es elrey de la maquinaria. *on esta sencilla e+presióndejaba este ilustre profesor ante sus alumnos de laE..-..". de !adrid perfectamente clara laimportancia del tractor agrícola.

%oy, en la mayor parte del mundo, el tractor esun símbolo de evolución, gracias al cual el hombreha pasado a ocupar una posición más pró+ima ala que merece, utilizando la energía que le ofrecela naturaleza en su provecho y en el de sussemejantes.

nstintivamente, cuando se escucha el vocablotractor, inmediatamente se piensa en una máquinaque efect/a tracción o arrastre. En los diccionarios

el tractor se define como una máquina automotrizprovista de dispositivos de adherencia y quedispone de un enganche para remolcar arados uotras máquinas o vehículos.

Evidentemente hoy esta es una definiciónincompleta pues, si bien en un principio lostractores agrícolas se dedicaron a reemplazar latracción animal, en la actualidad son máquinasequipadas con dispositivos adicionales que losconvierten en autnticas fuentes de energía,consiguiendo una polivalencia de uso que los haceinsustituibles en toda aquella agriculturamínimamente mecanizada, y se ha convertido enmaravillosas máquinas, que se comercializan encasi todo el mundo, con una tecnología casiperfecta y con dise)os cada vez más modernos,prácticos y atractivos.

*omo todas las máquinas agrícolas ha tenido

una evolución y una adaptación gracias a la cual,hoy, son la máquinas más /tiles en la agriculturasirviendo como índice que permite medir el gradode mecanización de la agricultura de los países.

0n breve panorama general de la evolución delos tractores hasta llegar a los modelos actualeses el que se presenta a continuación.


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1igura 2.3 4anorama general de evolución de los tractores.

1.2.- EVOLUCIÓN DEL TRACTOR

1.2.1.- Tractores de ruedas

• 5os primeros tractores construidos comomáquinas autopropulsadas datan de 2678, aunquelos trabajos publicados en revistas y libros cuentanque ya en 2628, 4ratt en nglaterra, realizó unprimer arado alternativo arrastrado por cablemediante dos máquinas de vapor situadas a

ambos lados del arado tiraban de l.

5as primeras máquinas de vapor no teníansistema de tracción y sus aplicaciones agrícolaslas hacían mediante transmisiones por correa.

1igura 9.3 !áquina de vapor para labores agrícolas.

• 5os primeros tractores con motor de vapor aparecieron cuando se consiguió un sistema detransmisión a las ruedas del vehículo.

5a rodadura del tipo triciclo hizo más fácil eldise)o, y aunque al principio las ruedas fueronlisas, más tarde, para mejorar la capacidad detracción, se dotaron de tetones.

1igura :.3 ractor de vapor tipo triciclo con ruedas con tetones.

4osteriormente para facilitar la rodadura lasruedas se dotaron de nervaduras.

1igura ;.3 ractor de vapor con nervaduras en las ruedas.

• ractores arados se construyeron en lamisma poca, y en su libro 8 por ?ohn 1oster en nglaterra y por !a+ Eyth en "lemania.

1ue en la /ltima dcada del siglo @@ cuandoaparecieron los primeros tractores arado conmotor de e+plosión.

1igura >.3 "rado 3 tractor con motor de gasolina.

• 5os primeros tractores con motor decombustión interna no aparecieron hasta despusde 2678, cuando e+piraron las patentes de =tto.

5os primeros tractores construidos con motor de ciclo =tto se parecían enormemente a losprimitivos tractores accionados por máquinas devapor, pero al ser su potencia mucho más elevaday su peso más reducido, surgieron problemasdebido a la reducida capacidad de tracción, lo quedio lugar a trabajos encaminados a su mejoraconsiguindose en un tiempo corto notablesavances. 0no de estos avances fue el tractor construido por 4aul 1ord en 2787 con un motor degasolina de 9 cilindros. =bsrvese en la siguientefotografía que era del tipo triciclo, que la rueda

directriz era la trasera y que las ruedas motrices,de gran diámetro, eran lisas.

1igura A.3 ractor de 2728 con motor de gasolina.

4ara aumentar la capacidad de tracción losconstructores se dedicaron a producir tractoresgrandes y pesados con ruedas de transmisióncada vez más anchas y con mayor diámetro. En


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esta línea se construyó en !annhein &"lemania(en 2729 el tractor 5"B#C"5, el cual tenía un pesode unos >888 Dg, y estaba provisto de un sistemade rodadura con ruedas metálicas con banda derodadura lisa y de gran anchura y diámetro,buscando, al aumentar la superficie de contactorueda 3 suelo, mejorar la capacidad de tracción y

con ello la potencia de tiro.

1igura .3 ractor 5andral.

El incremento de la potencia de los motores yconsiguientemente la necesidad de aumentar lacapacidad de tracción llevó a los constructores acolocar en las grandes y anchas ruedas metálicasprimero tetones y luego garras. "sí se construyó eltractor 4=BBEC, que en 2728, se decía que erael más rápido e+istente, y tenía para ello una cajade cambios con tres velocidades adelante y motor con lubricación forzada y ; cilindros. En lllegaron a medirse hasta :8 *.F. de potencia detracción. "demás este tractor incorporaba un granavance, una polea para transmisión de potencia a

otras máquinas por medio de una correa, lo que ledaba mayor versatilidad. %abía comenzado unnuevo estilo de fabricación que ofrecía tractorespolivalentes.

1igura 6.3 ractor 4ioneer con tetones en las ruedas motrices.

5as garras en la banda de rodadura de lasllantas metálicas fueron, durante mucho tiempo,una solución mecánicamente simple y que deforma muy eficaz permitió incrementar lacapacidad de tracción de los tractores, peropresentaban grandes limitaciones en lo referente aposibilidades de transporte por vías de circulación.

*on esta limitación se construyeron muchostractores, con motores de gasolina que además

eran capaces de utilizar otros combustiblesvolátiles.

"sí en 2726 se construyó el G"EC5== H=IC"*=C, que fue el precursor de la ampliagama de ?ohn #eere, y que aportó además de unacaja de cambios situada en un lateral del motor,un sistema mi+to de lubricación &presión Jbarboteo( que daba larga duración a los cojinetesdel motor y de la caja de cambios.

1igura 7.3 ractor Gaterloo.

#e hito puede considerarse la primera

demostración de tractores en =maha &BebrasKa(. " ella, en 2722, acudieron tractores máspeque)os, más ligeros e incluso algunos conavanzados dise)os sin bastidor.

Es interesante se)alar que los primerostractores provistos de toma de fuerza aparecieronentre 272> y 2727.

En el tractor que se presenta en la siguientefotografía se aprecian detalles que indicangrandes avances tcnicos, como son filtro de aireen ba)o de aceite, tubos de escape colocadoshacia arriba, válvulas en cabeza y refrigeraciónpor agua presurizada. "demás y en la transmisióntenía diferencial y en la rodadura ancho de víavariable. ambin tenía , polea y toma de fuerza.

1igura 28.3 ractor !inneapolis.

En las siguientes fotografías se muestran latoma de fuerza y el eje delantero basculante de untractor "55- 3 *%"5!EC- de la poca.

1igura 22.3 oma de fuerza y eje delantero basculante


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El aumento de la polivalencia de los tractoresagrícolas llevó a desarrollar su posiblidades detransporte. "sí en 2727 la BECB"*=B"5 3%"CFEC-EC construyó un tractor con motor monocilíndrico el !=L05 que cubría la banda derodadura de las ruedas metálicas con bandas decaucho provistas de nervaduras, lo que le permitía

hacer faenas de tracción y de transportecirculando por vías p/blicas.

1igura 29.3 ractor !ogul.

5a firma *ase, en esta misma línea deprogreso, presentó un tractor con ruedas decaucho, con un motor de ; cilindros que llegaba adar 2288 r.p.m. y una potencia a la barra de 9A*.F.

1igura 2:.3 ractor con llantas forradas de caucho.

En el mismo a)o fue presentado el tractor *=*D-%0 que, con un motor de gasolina decuatro cilindros en línea, ofrecía una potencia a labarra de 26 *.F. y 96 *.F. en la polea.

4uede observarse que tanto el tractor *"-Ecomo el *=*D-%0 se construían sin bastidor,lo que significó un notable avance en aquel tiempoy que, a/n hoy hay firmas que considerando lapolivalencia de la construcción de sus modelos, no

lo han adoptado.

1igura 2;.3 ractor con ruedas forradas de caucho.

Huscando aplicar a los tractores agrícolas lasventajas del ciclo #iesel, y de la reversibilidad delos motores de dos tiempos en 2792, con grandes

defectos en los sistemas de rodadura y defrenado, lo que disminuía su capacidad detracción, 5"BM introdujo un tractor sencillo,robusto, de bajo precio, de reducido coste de

funcionamiento y alta fiabilidad en su trabajo,provisto de un motor monocilíndrico con pistónhorizontal que desarrollaba 29 *.F. -u velocidadmá+ima de funcionamiento era de ;N9 DmOh y elavance o el retroceso lo determinaba el sentido derotación del motor.

1igura 2>.3 ractor con motor semidiesel.

5os e+perimentos de *oulomb permitierondemostrar lo que se intuía$ la importancia de ladoble tracción. EB 2797 apareció un tractor conmotor de inyección el H055#=L %4 "55"C# contracción en las cuatro ruedas y con doblediferencial, que le permitía ofrecer mucha máspotencia a la barra que otros tractores similares enpeso y potencia.

-u distribución de peso en vacío era de 2O: enel eje trasero y 9O: en el eje delantero, de formaque en condiciones de uso tenía una distribuciónde carga prácticamente igual en ambos ejes. -umotor, con ciclo #iesel, quemaba alquitrán, gasoil,grasas animales y vegetales, y se refrigeraba con

agua.

1igura 2A.3 ractor de cuatro ruedas motrices.

1.2.2.- Tractores de cadenas

-imultáneamente al desarrollo mostrado entractores de ruedas, para aumentar la capacidadde tracción y evitar la compactación del terreno,algunos fabricantes optaron por la construcción detractores del tipo semioruga. "sí en las siguientefotografías se presenta un tractor semioruga deltipo triciclo con motor de petróleo de cuatrocilindros construído en 2728.


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1igura 2.3 ractor semioruga.

Huscando la má+ima capacidad de tracción,reducir la compactación del suelo y aumentar laestabilidad del tractor en terrenos con pendientespronunciadas, aparecieron los tractores decadenas, uno de los primeros modelos para la

agricultura fue el HC-=5.

1igura 26.3 ractor oruga de banda estrecha.

0n tractor de cadenas de moderna tecnología yavanzado dise)o fue el *5EC"*. 0tilizaba un

tren de rodadura con rodillos estancos para apoyode las cadenas y un tensor en la parte superior, yademás tenía polea y toma de fuerza y ofrecíauna potencia a la barra de 9A *.F.

1igura 27.3 ractor oruga con cadenas altas.

5os famosos *aterpillar # 3 ; aparecieron en27;: y representaron un hito en el desarrollo delos tractores de cadenas. Puizás fueron lostractores más admirados en su poca.

1igura 98.3 1amoso tractor #3; de caterpillar.

1.2.3.- Tractores con neumáticos

5a utilización de neumáticos inflables en larodadura ofrecía notables ventajas, tanto entracción, como en transporte. En esta línea, en27:2, apareció en el mercado el tractor C0!5EIA, con un motor todavía de gasolina con Acilindros y tracción simple con sistema derodadura de neumáticos inflables. =bsrvese enla siguiente fotografía que los neumáticos de las

ruedas motrices no tenían las nervadurascaracterísticas de la banda de rodadura, sino que,se utilizaban a modo de tetones que al clavarse enel suelo mejoraban la capacidad de tracción.

1igura 92.3 ractor con neumáticos.

#e 27:A es el tractor de tipo triciclo =5FEC 8provisto de un motor de A cilindros de gasolina,con válvulas en cabeza y refrigeración por aguaforzada, que llegaba hasta 2>88 r.p.m. -us ruedasmotrices, provistas de neumáticos, estabandotadas de peque)as nervaduras en la banda derodadura que, lógicamente, mejoraban surendimiento a la barra y le permitían, además deofertar una buena capacidad de tracción, ser

utilizado para transporte.

1igura 99.3 ractor triciclo con neumáticosprovistos de ligeras nervaduras.

En 27:6 la firma ?ohn #eere lanzó el tractor

modelo "= con una concepción especialmenteadaptada a las plantaciones de frutales. Entre susnovedades contaba con una reducida envergaduraen altura y una carrocería con un dise)o quepermitía circular sin enganches con las ramasbajas de los árboles.

enía un motor =tto de dos cilindros provistode un gran volante de inercia, que llegaba a 7>r.p.m. -u peso de sólo 9:88 Dg y sus ruedas deneumáticos inflables de gran anchura, le permitíancircular por las calles de las plantaciones defrutales sin hacer una e+cesiva compactación delterreno. "portó además un ancho de vía variable,tanto en el eje delantero como en el trasero, queaumentaba su capacidad de adaptación adiferentes condiciones de trabajo.

1igura 9:.3 ractor adaptado a frutales.


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1ue tambin ?ohn #eere en 27:7 quienintrodujo en el mercado el modelo HC, cuyasimplicidad constructiva le daba unas e+celentescaracterísticas de robustez y de trabajo continuadoy sin problemas. Este tractor, especialmenteconcebido para campo abierto, no tenía ancho devía variable, pero obsrvese que las ruedas

motrices, cargadas con contrapesos y provistas dealtas nervaduras en la banda de rodadura, lepermitían tener una gran eficiencia en el trabajode tracción.

1igura 9;.3 ractor para gran cultivoprovisto de neumáticos con nervaduras.

#e gran avance tecnológico podría calificarseel modelo que la firma 5"BM comercializó afinales de la dcada de los a)os :8. El modeloA>8 L tenía un motor #iesel que ofrecía unapotencia de ;> *.F., y tenía una caja de cambiosde seis velocidades hacia delante. El conjunto conun dise)o robusto, se hizo muy popular en Europa.

1igura 9>.3 ractor diesel.

ambin de novedad tcnica se podríaclasificar el modelo " de ?ohn #eere que aportóademás de un ancho de vía variable, una caja decambios formando un bloque con el motor, lo quepermitía aumentar el espacio libre bajo los ejesdel tractor, posibilitando el trabajo sobre lossurcos.

#e principios de la dcada de los a)os ;8 es eltractor que se presenta en la siguiente fotografía.

1igura 9A.3 ractor con ancho de vía variable.

*onvencida de un campo comercialimportante, la firma ?ohn #eere, entró en elmercado del tractor peque)o y lanzó en la dcadade los a)os :8 diversos modelos pensando en elpotencial de compra de los peque)os agricultores

apegados aun a la tracción animal.

ambin sirvieron estos modelos como tractor secundario para aquellos agricultoresmecanizados para su utilización en labores conpoca necesidad de potencia.

1igura 9.3 "lgunos modelos de tractores ligeros.

5a firma 5anz, en 27:, fabricó el modeloC"B-44=C que con :> *.F. y cabina cerradapermitía, gracias a una caja de cambios de Amarchas adelante y 9 hacia atrás, alcanzar hasta9: DmOh en carretera.

1igura 96.3 ractor para transporte.

" comienzos de los ;8 apareció una nuevaaplicación de los tractores, las tomas de fuerza senormalizaron, lo que contribuyó al desarrollo demáquinas para ser accionadas por el tractor.

ambin el equipo hidráulico fue adoptado enesta dcada por gran n/mero de fabricantes, y secomercializaron tractores dotados de toma defuerza, enganche en tres puntos y equipohidráulico, que permitía ajustes en marchaeliminando la necesidad de cables y palancas deelevación de los aperos.

1.2.4.- Primeros avances ergonómicos. Cabinas

de seguridad

5a serie :8 de ?ohn #eere, que apareció en la

dcada de los >8, ofrecía detalles que atendían lacomodidad de trabajo del conductor, tales comoasientos mejorados, toma de fuerza


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independiente, dirección hidráulica y granhabitáculo para la conducción.

1igura 97.3 ractores con asientos amortiguadores.

" partir de la dcada de los A8 la ergonomía delos tractores agrícolas fue en aumento, la prácticatotalidad de los tractores se construyen conmotores diesel, los cambios de marchas han sidoperfeccionados y los sistemas de tracciónmejorados.

5a siguiente foto muestra un tractor deconcesión especial para las modernasplantaciones de frutales de la firma D0H=", elmodelo ! 8:8 1, con asiento amortiguador devibraciones y con fácil y cómodo acceso al volantey a las palancas de cambios y a los pedales.

1igura :8.3 ractor 9 C.!. con dirección asistida.

*on tracción a las cuatro ruedas, es el modelo5 9>>8 de Dubota que tiene un motor de cuatrocilindros, cuatro tiempos, inyección directa, 27:>

cm:, y un rgimen de giro nominal de 9A88 r.p.m.

Este tractor está provisto de toma de fuerzaindependiente, enganche tripuntal con controlhidráulico de elevación, dirección asistida

hidráulicamente, frenos de disco en las ruedastraseras, equipo elctrico completo de 29 voltios yasiento del conductor con suspensión y posiciónregulable.

iene un peso de sólo 2298 Dg y un panel deinstrumentos que permite un continuo y cómodocontrol de funcionamiento de la máquina durantesu trabajo.

1igura :2.3 ractor ; C.!. con dirección hidráulica.

5a serie :8 de tractores Dubota dedicó unaimportante atención al confort del conductor.*abina insonorizada, asiento con suspensión ygran visibilidad y amplitud del habitáculo fueronsus retos.

1igura :9.3 ractor ; C.!. con cabina de seguridad.

1.3.- CLASIFICACIÓN DE LOS TRACTORES

• -eg/n su sistema de rodadura los tractoresse pueden clasificar en$

• ractores de dos ruedas motrices &9 C.!.($

1igura ::.3 ractor 9 C! con cabina aislada y panorámica.

• ractores de cuatro ruedas motrices &; C.!.($

1igura :;.3 ractor con cuatro ruedas motrices desiguales.

• ractores con cuatro ruedas motrices iguales$


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1igura :>.3 ractor con cuatro ruedas motrices iguales.

• ractores de cadenas y bandas de caucho$

1igura :A.3 ractor de cadenas.

• !otocultores$

1igura :.3 !otocultor con y sin sistema de rodadura.

CICLO DE FUNCIONAMIENTO

INTRODUCCIÓN

5os motores trmicos son máquinas quetransforman la energía calorífica en energíamecánica directamente utilizable.

5a energía calorífica normalmente es obtenidade la combustión de combustibles líquidos y

gaseosos y el trabajo /til es conseguido por órganos unas veces con movimiento alternativo,otras con movimiento rotativo y otras por elempuje realizado por un chorro de gas.

-eg/n su principio de funcionamiento losmotores trmicos se clasifican en alternativos,rotativos y de chorro, y seg/n el sitio donde seproduzca la combustión se clasifican en decombustión externa, cuando sta se verifica fuerade los mismos y de combustión interna, cuando elcombustible es quemado en su interior.

5a combustión se realiza en el denominadofluido operante, el cual está constituido por unamezcla de combustible y comburente. El

combustible normalmente utilizado es gasolina ygasoil y el comburente que suministra el o+ígenonecesario para la combustión es aire atmosfrico.

1igura 2.3 !otor alternativo seccionado.

El motor endotrmico es una máquina

compleja, cuyo estudio profundo e+ige elconocimiento de gran parte de las ramas de laingeniería, pero para dominar sus principiosbásicos es suficiente con el estudio de los temasque en esta asignatura se desarrollan. 5os temasque en ella se desarrollan están dedicadosprincipalmente al estudio de los motoresalternativos, que son, con gran diferencia, lo másdifundidos en la "gricultura, si bien, de formasomera, serán tratados los motores rotativos.

5os motores alternativos se dividen en dosgrandes grupos$ motores de ciclo Otto o deencendido por chispa y motores de ciclo Diesel ode encendido por compresión. "unque susprincipios de funcionamiento son diferentes, suesquema y la nomenclatura de sus partesesenciales son semejantes.

1igura 9.3 !otor de combustión interna o endotrmico.

5a figura anterior representa la secciónlongitudinal seg/n un plano vertical de un motor

alternativo, la cual sirve para conocer lanomenclatura de sus partes, cuyo conocimiento esnecesario para e+plicar su funcionamiento. Qstas,en líneas generales, son$


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• El cilindro, dentro del cual se mueve el pistóncon movimiento rectilíneo alternativo, forma parte,en los motores pluricilíndricos, del bloque decilindros. Este, que normalmente se fabrica unidoa la bancada, se puede considerar como laestructura soporte del motor. En algunos modelos

de motores el bloque de cilindros se fabricaseparado de la bancada, a la cual se unemediante espárragos.

• 5a culata constituye la parte superior delcilindro, al cual cierra dejando un volumencomprendido entre ella y el pistón que sedenomina cámara de combustión o de compresiónen la cual se quema el fluido activo.

"ntes, en el motor de encendido por bujía, estamezcla se formaba en el carburador y entraba en

el cilindro a travs del conducto de admisión y dela válvula de aspiración. 5a válvula de mariposadel carburador servía para regular la cantidad demezcla entrante. %oy el combustible es inyectadoa baja presión en el conducto de admisión, yrecientemente, algunas marcas inyectan a bajapresión en el interior del cilindro.

En el motor de encendido por compresión, elcombustible se introduce en el cilindro por mediode un inyector . 5a cantidad de combustible seregula por la bomba de inyección, mientras que nohay ninguna regulación para la cantidad de aire

que entra en el cilindro. 5a combustión esconsecuencia de la alta temperatura del aire,intensamente comprimido en el cilindro, por lo queno es necesaria la bujía.

En los motores de encendido por chispa seinicia la combustión al saltar la chispa entre loselectrodos de la bujía, mientras que en losmotores de encendido por compresión elencendido es espontáneo al entrar combustiblefinamente pulverizado por el inyector en el interior del cilindro cuando su presión es elevada.

• El pistón, dotado de segmentos que impidenla fuga de gas entre l y el cilindro, transmite elempuje de dicho gas, a travs del perno o bulón, ala biela, y de sta, a la manivela del cigüeñal .

• 5a biela y la manivela constituyen un sistemamecánico que transforma el movimiento linealalternativo del pistón en movimiento de giro delcigüe)al, el cual para reducir el rozamiento girasobre los coinetes de bancada.

1igura :.3 4istón con segmentos y bulón.

• 5os colectores de admisión y el de escapeson los conductos a travs de los cuales se cargay se descarga el fluido operante del interior delcilindro.

• 5a válvulas de aspiración y de escape,

accionadas por un sistema mecánico denominadodistribución, que son mantenidas en su asiento por la acción de su correspondiente muelle, abren ycierran el cilindro permitiendo que los gasesfrescos y quemados entren y salgan de l en losmomentos oportunos.

4ara el estudio de los motores endotrmicos esnecesario conocer la terminología universalmenteusada hoy para indicar algunas dimensiones yvalores fundamentales.

V1-V2

V2

∅

P.M.S.

P.M.I.

carrera V1

1igura ;.3 erminología universal.

• !unto muerto superior (P.M.S.)$ 4osición delpistón más pró+ima a la culata.

• !unto muerto inferior (P.M.I.)$ 4osición delpistón más alejada de la culata.

• "alibre$ #iámetro interior del cilindro.E+presado generalmente en milímetros &mm.(.

• "arrera$ #istancia entre el P.M.S. y P.M.I., esigual, salvo raras e+cepciones, al doble del radiode la manivela del eje de cigüe)ales. -e e+presa

generalmente en mm.


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• #olumen total del cilindro (V1)$ Es el espaciocomprendido entre la culata y el pistón cuandoste se halla en el P.M.I. Fiene e+presado, por logeneral, en cm3.

• #olumen de la cámara de compresión (V2)$ Esel volumen comprendido entre la culata y el pistón

cuando ste se halla en el P.M.S. -uelee+presarse en cm3.

• "ilindrada (V1-V2)$ Es el generado por elpistón en su movimiento alternativo desde elP.M.S. hasta el P.M.I. -e e+presa, por lo com/n,en cm3.

• $elación de compresión ( )$ -e entiende por tal la relación que hay entre el volumen total delcilindro V1 y el volumen de la cámara decombustión V2. -e representa por y vale$

2

1

V

V=

CICLO OTTO TEÓRICO

Este motor, tambin conocido como motor =tto, es el más empleado en la actualidad, yrealiza la transformación de energía calorífica enmecánica fácilmente utilizable en cuatro fases,durante las cuales un pistón que se desplaza en el

interior de un cilindro efect/a cuatrodesplazamientos o carreras alternativas y, graciasa un sistema biela3manivela, transforma elmovimiento lineal del pistón en movimiento derotación del árbol cigüe)al, realizando este dosvueltas completas en cada ciclo defuncionamiento.

*omo se ha dicho la entrada y salida de gasesen el cilindro es controlada por dos válvulassituadas en la cámara de combustión, las cualessu apertura y cierre la realizan por el denominado

sistema de distribución, sincronizado con elmovimiento de giro del árbol.

El funcionamiento teórico de este tipo demotor, durante sus cuatro fases o tiempos detrabajo, es el siguiente$

• 4rimer tiempo$ %dmisión

1igura >.3 "dmisión

#urante este tiempo el pistón se desplazadesde el punto muerto superior (PMS) al puntomuerto inferior (PMI) y efect/a su primera carrerao desplazamiento lineal. #urante estedesplazamiento el cigüe)al realiza un giro de268R.

*uando comienza esta fase se supone que

instantáneamente se abre la válvula de admisión ymientras se realiza este recorrido, la válvula deadmisión permanece abierta y, debido a ladepresión o vacío interno que crea el pistón en sudesplazamiento, se aspira una mezcla de aire ycombustible, que pasa a travs del espacio libreque deja la válvula de aspiración para llenar, enteoría, la totalidad del cilindro.

-e supone que la válvula de admisión se abreinstantáneamente al comienzo de la carrera y que

se cierra tambin, de forma instantánea, al finalde dicho recorrido.

otal girado por el cigüe)al 268R.

• -egundo tiempo$ "ompresión

En este tiempo el pistón efect/a su segundacarrera y se desplaza desde el punto muertoinferior PMI al punto muerto superior PMS.#urante este recorrido la mu)equilla del cigüe)alefect/a otro giro de 268R.

otal girado por el cigüe)al :A8R.

1igura A.3 *ompresión

#urante esta fase las válvulas permanecencerradas. El pistón comprime la mezcla, la cual


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queda alojada en el volumen de la cámara decombustión, tambin llamada de compresión,situada por encima del PMS, ocupando unvolumen V2.

• ercer tiempo$ &rabao

*uando el pistón llega al final de lacompresión, entre los electrodos de una bujía,salta una chispa elctrica en el interior de lacámara de combustión que produce la ignición dela mezcla, con lo cual se origina la inflamación ycombustión de la misma. #urante este proceso selibera la energía calorífica del combustible, lo queproduce una elevada temperatura en el interior delcilindro, con lo que la energía cintica de lasmolculas aumenta considerablemente y, alchocar stas contra la cabeza del pistón, generanla fuerza de empuje que hace que el pistón se

desplace hacia el P.M.I.

1igura .3 rabajo

#urante esta carrera, que es la /nica querealiza trabajo, se produce la buscadatransformación de energía. 5a presión bajarápidamente por efecto del aumento de volumen ydisminuye la temperatura interna debido a lae+pansión.

"l llegar el pistón al PMI se supone queinstantáneamente se abre la válvula de escape.

otal girado por el cigüe)al >;8R.

• *uarto tiempo$ 'scape

En este tiempo el pistón realiza su cuartacarrera o desplazamiento desde el PMI al PMS, yel cigüe)al gira otros 268.

1igura 6.3 Escape.

#urante este recorrido del pistón, la válvula deescape permanece abierta. " travs de ella, losgases quemados procedentes de la combustiónsalen a la atmósfera, al principio en


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93:.3 *ombustión &(sócora($ -e suponeque salta la chispa y se produce unacombustión instantánea delcombustible, produciendo unacantidad de calor Q1. "l ser tan rápidase puede suponer que el pistón no se

ha desplazado, por lo que el volumendurante la transformación semantiene constante.

:3;.3 rabajo & %diabática($ -e supone quedebido a la rapidez de giro del motor los gases quemados no tienen tiempopara intercambiar calor con el medioe+terior, , por lo que se puedeconsiderar que sufren unatransformación a calor constante.

.

;32.3 4rimera fase del escape & (sócora)*-e supone una apertura instantáneade la válvula de escape, lo quegenera una salida tan s/bita de gasesdel interior del cilindro y una prdidade calor Q2 que permite considerar una transformación a volumenconstante.

238.3 -egunda fase del escape &(sobara($El pistón al desplazarse hacia el PMSprovoca la e+pulsión de gases

remanentes en el interior del cilindro,y se supone que los gases quemadosno ofrecen resistencia alguna parasalir a la atmósfera, por lo que lapresión en el interior del cilindro semantiene constante e igual a laatmosfrica.

CICLO DIESEL TEÓRICO

El motor #iesel de cuatro tiempos tiene unaestructura semejante a los motores de e+plosión,salvo ciertas características particulares. El pistóndesarrolla cuatro carreras alternativas mientras elcigüe)al gira 98R. *omo el motor de ciclo =ttorealiza el llenado y evacuación de gases a travsde dos válvulas situadas en la culata, cuyomovimiento de apertura y cierre está sincronizadocon el cigüe)al a travs del sistema dedistribución por el árbol de levas.

1igura 22.3 !otor #iesel de cuatro tiempos.

El funcionamiento de este motor durante suciclo es el siguiente$

• 4rimer tiempo$ %dmisión

En este primer tiempo el pistón efect/a suprimera carrera o desplazamiento desde el PMS alPMI, aspirando sólo aire de la atmósfera,debidamente purificado a travs del filtro. El airepasa por el colector y la válvula de admisión, quese supone se abre instantáneamente y quepermanece abierta, con objeto de llenar todo elvolumen del cilindro. #urante este tiempo, lamu)equilla del cigüe)al gira 268R.

"l llegar al PMI se supone que la válvula de

admisión se cierra instantáneamente.

1igura 29.3 "dmisión.

• -egundo tiempo$ "ompresión

En este segundo tiempo y con las dos válvulascompletamente cerradas el pistón comprime el

aire a gran presión, quedando sólo aire alojado enla cámara de combustión. 5a mu)equilla del


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cigüe)al gira otros 268R y completa la primeravuelta del árbol motor.

5a presión alcanzada en el interior de lacámara de combustión mantiene la temperaturadel aire por encima de los A88 R*, superior alpunto de inflamación del combustible, para lo cual

la relación de compresión tiene que ser del ordende 99.

1igura 2:.3 *ompresión.

• ercer tiempo$ &rabao

"l final de la compresión con el pistón en elPMS se inyecta el combustible en el interior delcilindro, en una cantidad que es regulada por labomba de inyección. *omo la presión en elinterior del cilindro es muy elevada, para que elcombustible pueda entrar la inyección debe

realizarse a una presión muy superior, entre 2>8 y:88 atmósferas.

El combustible, que debido a la alta presión deinyección sale finalmente pulverizado, se inflamaen contacto con el aire caliente, producindose lacombustión del mismo. -e eleva entonces latemperatura interna, la presión mientras dura lainyección o aportación de calor se suponeconstante y, a continuación, se realiza lae+pansión y desplazamiento del pistón hacia elPMI. #urante este tiempo, o carrera de trabajo, elpistón efect/a su tercer recorrido y la mu)equilla

del cigüe)al gira otros 268R.

1igura 2;.3 rabajo.

• *uarto tiempo$ 'scape$

#urante este cuarto tiempo se supone que laválvula de escape se abre instantáneamentepermanece abierta. El pistón, durante su recorridoascendente, e+pulsa a la atmósfera los gasesremanentes que no han salido, efectuando elbarrido de gases quemados lanzándolos ale+terior.

5a mu)equilla del cigüe)al efect/a otro giro de268R, completando las dos vueltas del árbol motor que corresponde al ciclo completo de trabajo. Eldiagrama de distribución correspondiente a esta

carrera se presenta en la siguiente figura$

1igura 2>.3 Escape.

832.3 "dmisión +(sóbara)* #urante la admisión

se supone que el cilindro se llena totalmente deaire que circula sin rozamiento por los conductosde admisión, por lo que se puede considerar quela presión se mantiene constante e igual a la


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presión atmosfrica. Es por lo que esta carrerapuede ser representada por una transformaciónisóbara. K=P .

239.3 *ompresión +%diabática)* #urante estacarrera el aire es comprimido hasta ocupar elvolumen correspondiente a la cámara de

combustión y alcanza en el punto (2) presiones delorden de >8 KpOcm2. -e supone que por hacersemuy rápidamente no hay que considerar prdidasde calor, por lo que esta transformación puedeconsiderarse adiabática. 5a temperaturaalcanzada al finalizar la compresión supera losA88 R*, que es la temperatura necesaria paraproducir la autoinflamación del combustible sinnecesidad de chispa elctrica

93:.3 nyección y combustión +(sóbara)* #uranteel tiempo que dura la inyección, el pistón inicia su

descenso, pero la presión del interior del cilindrose supone que se mantiene constante,transformación isóbara, debido a que elcombustible que entra se quema progresivamentea medida que entra en el cilindro, compensando elaumento de volumen que genera eldesplazamiento del pistón. Esto se conoce comoretraso de combustión

:3;.3 erminada la inyección se produce unae+pansión (3-4), la cual como la compresión sesupone que se realiza sin intercambio de calor conel medio e+terior, por lo que se considera unatransformación adiabática. 5a presión internadesciende a medida que el cilindro aumenta devolumen.

;32.3 4rimera fase del escape +(sócora)$ En elpunto (4) se supone que se abre instantáneamentela válvula de escape y se supone que los gasesquemados salen tan rápidamente al e+terior, queel pistón no se mueve, por lo que se puedeconsiderar que la transformación quee+perimentan es una isócora. 5a presión en elcilindro baja hasta la presión atmosfrica y una

cantidad de calor Q2 no transformado en trabajoes cedido a la atmósfera.

238.3 -egunda fase del escape +(sóbara)* 5osgases residuales que quedan en el interior delcilindro son e+pulsados al e+terior por el pistóndurante su recorrido (1-0) hasta el PMS. "l llegar al se supone que de forma instantánea se cierra laválvula de escape y se abre la de admisión parainiciar un nuevo ciclo. *omo se supone que nohay prdida de carga debida al rozamiento de losgases quemados al circular por los conductos de

escape, la transformación (1-0) puede ser considerada como isóbara.

*omo se puede observar, este ciclo difiere delciclo =tto en que la aportación de calor se realizaa presión constante, con una carrera de trabajomenos efectiva debido al retraso de lacombustión.

RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO

#e cuanto se ha e+puesto se hace evidenteque la cantidad de combustible y la cantidad deaire que se introducen en el cilindro deben tener una relación estricta, y que la energía ofrecida por el motor depende principalmente de la cantidad deaire y combustible utilizados.

*uanto mayor sea el volumen de aireintroducido en el cilindro, tanto mayor resulta lacantidad de combustible que puede quemarse, yen consecuencia, tanto mayor es la energía queproduce el motor.

El rendimiento volumtrico indica el mayor omenor grado de llenado del cilindro. -e definecomo la relación entre el peso efectivo del aireintroducido en el cilindro durante la unidad de

tiempo y el peso del volumen de aire que

teóricamente deber-a introducirse en el mismo

tiempo, calculado a base de la cilindrada unitaria y

de las condiciones de temperatura y presión en el

cilindro.

-u valor, que oscila entre 8N> y 8N6>, define lacalidad del sistema de introducción de fluidooperante en el motor.

El rendimiento volumtrico varía con$

• a densidad de la carga y la diluciónoriginada en la misma por los gases residuales, enello incide la temperatura de las paredes de losconductos de aspiración y la temperatura delcilindro, pues ceden calor a la carga fresca,elevan su temperatura y la densidad del fluido

operante disminuye, con lo que se tiene unareducción del rendimiento volumtrico.

5os gases residuales presentes en el cilindrodespus del escape tambin contribuyen a reducir la densidad del fluido operante pues, además decederle calor, disminuyen el volumen que debieraser ocupado por la carga de gases frescos.

• 'l diseño de los conductos de aspiración y deescape tiene mucha importancia, ya que, ademásde oponer la mínima resistencia al paso de losgases, deben evitar su calentamiento.

5a e+periencia demuestra que los mayoresvalores del rendimiento volumtrico se alcanzan


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en los motores para una velocidad del aire de ;83A8 mOseg, en rgimen normal de funcionamiento.En rgimen de má+ima potencia, la velocidadmedia del fluido alcanza de A>3> mOseg.

• os tiempos de apertura y cierre de lasválvulas tienen una estrecha relación con el

llenado del cilindro de acuerdo con la velocidad derotación del motor, pues influyen en las ondas depresión que se originan en los conductos deaspiración y de escape como consecuencia de lasrápidas variaciones de velocidad que e+perimentala masa gaseosa en movimiento. Esto se consigueescogiendo oportunamente la longitud de losconductos.

5os motores modernos para aumentar lacantidad de energía que se produce en el interior del cilindro utilizan la denominada

sobrealimentación. *onsiste en el llenado de loscilindros comprimiendo el fluido operante alintroducirlo en ellos. -i además la compresión seacompa)a de un buen enfriamiento de los gasesentre el compresor y el cilindro, a/n es más eficazel llenado.

4ara ello es necesario acoplar un compresor que introduzca a presión aire en los cilindros y unintercambiador de calor que enfríe el fluidoentrante.

"ntiguamente se usaban compresores de

lóbulos movidos con una transmisión mecánicapor el propio motor, que hacían entrar aire dentrodel cilindro a 2N>39 atmósferas. Este sistema teníael inconveniente de que al necesitar absorber unaparte de potencia del motor para mover elcompresor, disminuía el rendimiento y es por loque en la actualidad es poco empleado.

1igura >.3 *ompresor de lóbulos.

%oy la sobrealimentación se hace por turbocompresor el cual consiste en una turbinaacoplada a la salida de los gases de escape, lacual mueve un compresor que hace entrar el airea presión en el interior del cilindro. Este sistema,como la energía que necesita se obtiene de los

gases de escape, aprovecha sta en vez dedejarla perderse en la atmósfera.

1igura A.3 urbocompresor.

0na de las ventajas de la sobrealimentación delos motores #iesel es que durante el cruce deválvulas, el aire fresco que entra a presión facilitael barrido de gases residuales, refrigerando almismo tiempo la válvula de escape y la cabezadel pistón. *uando se cierra la válvula de escapeel cilindro se llena de aire a presión.

Es por lo que en los motores #iesel seconsiguen mayores ventajas, ya que además deofrecer una mayor energía en cada ciclo, lo quesignifica mayor potencia para una mismacilindrada, consiguen un menor consumoespecífico de combustible, debido a que se realiza

una combustión más perfecta al no e+istir gasesresiduales de la combustión anterior, y una mayor duración y vida /til del motor debido a que seconsigue una e+pansión más suave, unarefrigeración más eficaz en la cabeza del pistón,en las válvulas y en sus guías y en sus asientos.

*omo al comprimir el fluido operante aumentasu temperatura, para reducirla y conseguir queuna mayor cantidad entre en el cilindro se colocaun intercambiador de calor que enfría el fluidoopertante mediante la emisión de su energía a la

atmósfera gracias a un radiador de láminas.

En los vehículos es frecuente encontrar indicativos como SturboT e SintercoolerT, que nose)alan otra cosa que su motor está provisto tantode sistema de sobrealimentación, como derefrigeración del fluido antes de entrar en loscilindros.

PUESTA EN MARCA DE LOS MOTORES

ALTERNATIVOS


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4ara poner en funcionamiento los motoresalternativos se usa un motor elctrico denominadomotor de arranque.

Este motor se caracteriza por su alto par y sureducido volumen, y toma la energía necesaria dela batería.

El movimiento de los órganos del motor alternativo lo consigue aplicando un reducidoengranaje a la corona dentada que rodea elvolante de inercia, hasta que el motor alternativofunciona por sí mismo.

1igura 2A.3 !otor de arranque.

El alto par del motor de arranque obliga, parasu cone+ión a la batería, a usar un potentecontactor magntico como se indica en lasiguiente figura.

+

-

M

1

2

3

4

1.- Batería.2.- Interruptor.3.- Contactor ma gnético.4.- Motor de arrranque.

1igura 2.3 Esquema del circuito de arranque.

El funcionamiento del motor de arranque se

basa en el hecho de que si se hace circular unacorriente continua por una espira, se crea en ellaun campo magntico. -i la espira se coloca dentrode otro campo magntico creado por un imán,tenderá a orientarse de forma que las líneas defuerza entren por su cara sur y salgan por su caranorte, y aparecerá en la espira un par que laobliga a girar hasta colocar sus polos enfrentadoscon los de signo contrario del imán. En esemomento terminaría el movimiento de rotación.4ara que contin/e se coloca otra espira desfasadaun cierto ángulo con respecto a la anterior, de

forma que si se conectan ambas en un colector cilíndrico a travs del cual se alimentan, que giracon ellas, y recibe la corriente desde unasescobillas de cone+ión, cuando la primera de las

escobillas deja de producir par, deja de ser alimentada, pasando a serlo la siguiente,apareciendo de nuevo un par que hace que el girocontin/e.

S

1igura 26.3 4rincipio de funcionamiento de un motor elctrico.

En los motores de arranque se disponen variasespiras repartidas por la periferia de un rotor,cuyos e+tremos se unen a dos delgas de uncolector por cada una de las cuales, mediante dosescobillas de alimentación, reciben la corriente dela batería.

El esquema correspondiente a un motor dearranque es el que se presenta en la figurasiguiente$

2

3

14

!

1.- Carca"a.2.- Ma"a po#ar.3.- $otor.4.- Co#ector.!.- %"co&i##a".

1igura 27.3 Esquema del motor de arranque.

5a carcasa lleva en su interior las masaspolares, rodeadas de las bobinas inductoras, y elrotor.

5as masas polares son n/cleos de acero que alpasar la corriente por las bobinas inductoras seimantan y forman los polos norte y sur del campomagntico fijo, al que se hizo referenciaanteriormente.

El rotor consiste en un eje sobre el que vamontado un cilindro formado por chapas conincisiones radiales en las cuales se alojan lasespiras. En un e+tremo del eje va montado elcolector , el cual está formado por sectorescirculares de cobre aislados entre sí queconstituyen las delgas, sobre ellas rozan lasescobillas, y reciben la corriente elctrica. En elotro e+tremo del eje se sit/a el engranaje deaccionamiento del motor alternativo.

*errando uno de los laterales de la carcasalleva una tapa en la que hay un cojinete de broncesobre el que gira el eje. "demás lleva losportaescobillas, en los que deslizan las escobillasde carbón y son empujadas para que est en


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continuo contacto con el colector mediantepeque)os resortes. En el otro lateral lleva unalojamiento para acoplar el motor a la coronadentada del volante de inercia, y el anclaje parafijarlo al motor alternativo.

El movimiento del motor de arranque se

transmite a la corona dentada del volante deinercia hasta que el motor alternativo gira por sísolo. #espus del arranque, de forma s/bita, sedesconecta automáticamente pues, de no ocurrir así giraría a tal velocidad que el motor dearranque quedaría en pocos segundos destruidopor centrifugación.

5a cone+ión se realiza en unos casos medianteun mecanismo a base de horquilla y palancaaccionada por un potente electroimán y en otrospor efecto de inercia.

1igura 98.3 !ecanismo de cone+ión por efecto de inercia.

U

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Historia de Los Tractores