MANUAL DE REPARACIÓN Y MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA PESADA [1, 2 ed.] 9684221721

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Manual de reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Traducción: Francisco G. Noriega Perito Traductor

MANUAL DE REPARACIÓN Y MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA PESADA Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin autorización escrita del editor. DERECHOS RESERVADOS © 1993, respecto a la primera edición en español por Mc-GRAW-HILL INTERAMERICANA DE MÉXICO, S. A. de C. V. Atlacomulco 499-501, Fracc. Ind. San Andrés Atoto, 53500 Naucalpan de Juárez, Edo. de México Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial, Reg. Núm. 1890 ISBN 968-422-171-1 Obra completa ISBN 968-422-172-X Tomo 1

Agradecimientos Se agradece sinceramente la ayuda suministrada por fabricantes, asociaciones, distribuidores de equipo, escuelas técnicas, mecánicos y funcionarios públicos que aportaron generosamente su tiempo y conocimientos para hacer posible este libro. El autor lamenta que no sepa los nombres de tantas personas que lo ayudaron y le desearon éxito o que haya extraviado sus nombres en la montaña de papeles requerida en la tarea de preparar las dos ediciones de este libro, por lo cual no es posible darles las gracias en persona. Se ofrecen disculpas a quienes se ha omitido o se presenta en forma incorrecta su cooperación. Muchos de quienes me ayudaron se han mudado, cambiaron su razón social, cerraron su negocio o fallecieron en los dieciséis años desde la publicación de la primera edición de MANUAL DE REPARACIÓN Y MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA PESADA. Cuando se desconocen la razón social y domicilios actuales, sólo se presenta el nombre o razón social sin el domicilio. A. C. Spark Plug Div., General Motors Corp., 1300 N. Dort Hwy., Flint, Mich. 48506 Aeroquip Corp., Jackson, Mich. 49203 Ahlberg Gearing Co. American Brakeblok Div., American Brake Shoe Co. American Hoist & Derrick Co., 63 S. Robert St., St. Paul, Mn. 55107 American Steel Foundries, 1001 Prudential Plaza, Chicago, 111. 60601 American Welding Society, 345 E. 47th St., New York, N.Y. 10017 Amsco Div., Abex Corp., 387 E. 14th St., Chicago Hts., 111. 60411 Anti-Friction Bearing Mfgs. Assn., 60 E. 42nd St., New York, N.Y. 10017 Athey Products Corp., Box 669, Raleigh, N.C. 27602 Austin Western Div., Clark Equipment Co., 601N. Farnsworth Ave., Aurora, 111.60507

Baldwin-Lima-Hamilton, Lima Div., Clark Equipment Co., 1046 S. Main St., Lima, Ohio 45802 Beebe Bros., Inc., 2724 6th Ave. South, Seattle, Wash. 98124 Bendix Corp., 401 Bendix Dr., South Bend, Ind. 46634 Borg-Warner Mechanics Div., Rockford, 111. 61101 Boston & Lockport Block Co., 100 Condor, Boston, Mass. 02128 Briggs & Stratton Corp., 2711 N. 13th St., Milwaukee, Wis. 53201 Bucyrus-Erie Co., Box 56, South Milwaukee, Wis. 53170 California, State Dept. of Public Works, Sacramento, Calif. 95814 Carco Winch Products

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

J. I. Case, a Tenneco Company, 700 State St., Racine, Wis. 53404 Caterpillar Tractor Co., 100 N.E. Adams St., Peoria, 111. 61602 Chain Systems Div. of R. K. Cárter & Co., Box 838, Church St. Station, New York, N.Y. 10008 Challenge-Cook Bros., Inc., 15421 East Gale Ave., Industry, Calif. 91745 Champion Spark Plug Co., Box 910, Toledo, Ohio 43661 Chester HoistDiv., Monogram Industries, State Route 46, Lisbon, Ohio 44432 Chicago PneumaticTbol Co., 6 E. 44th St., New York, N.Y. 10017 Chicago Rawhide Mfg. Co., 900 N. State St, Elgin, 111. 60120 Clark Equipment Co., Construction Machinery Div., Pipestone Rd., Benton Harbor, Mich. 49022 Clayton Mfg. Co., 481N. Temple City Blvd., El Monte, Cal. 91731 CMI Corp., 1-40 Morgan Rd., Oklahoma City, Okla. 73101 Construction Technology Inc. (CONTECH), 90 Madison St., Denver, Colo. 80206 Construction Methods and Equipment, 1221 Ave. of the Americas, New York, N.Y. 10020 Contractor's Pump Bureau, c/o Associated General Contractors of America, 1957 E. St., N.W., Washington, D.C. 20006 Cummins Engine Co. Inc. 1000 Fifth St., Columbus, Ind. 47201 Dart Truck Co., P.O. Box 321, Kansas City, Mo. 64141 Deere and Company, John Deere Road, Moline, 111.61265 Delco-Remy, Div. General Motors Corp., 2401 Columbus Ave., Anderson, Ind. Detroit Diesel Allison, Div. General Motors, 13400 West Outer Dr., Detroit, Mich. 48228 Deutz Diesel Corp., 7385 Ponce de León Circle, Atlanta, Ga. 30340 Dodge Div., Chrysler Corp., Detroit, Mich. 48231 Drott, véase International Harvester Eimco Div., Envirotech Corp., 669 W. 2nd South, Salt Lake City, Utah 84110 Equipment Guide-Book Co., 3980 Fabian Way, Palo Alto, Calif. 94303 Equipment Supply & Ametek/U.S., Station Square 2, Paoli, Pa. 19301 Erie-Strayer Co., 400 Rudolph Ave., Erie, Pa. 16502 Euclid Inc., Subsidiaria de White Motor Corp., 22221 St. Clair Ave., Euclid, Ohio 44117

Exide Power Systems Div., Box 5723, Philadelphia, Pa. 19120 Fiat-Allis Construction Machinery Inc., 343 E. North Ave., Carol Stream, 111. 60187 Firestone Tire & Rubber Co., 1200 Firestone Parkway, Akron, Ohio 44317 Ford Motor Co., Ford Tractor Operations, 2500 E. Maple Road, Troy, Mich. 48084 Fruehauf Div., Fruehauf Corp., 10900 Harper Ave., Detroit, Mich. 48213 Fuller Transmission División Galion Mfg. Co., Div. of Dresser Industries, Galion, Ohio 44833 Gar Wood Division-Sargent Industries, 32500 Van Born Road, Wayne, Mich. 48184 Gardner Denver Company, 1863 Gardner Ex press—way, Quincy, 111. 62301 B. F. Goodrich Co. Tire Div., 500 S. Main St., Akron, Ohio 44318 Goodyear Tire & Rubber Co., 1144 E. Market St., Akron, Ohio 44316 Gould, Inc., Automotive Battery Div., P.O. Box 43140, St. Paul, Minn. 55164 Gould, Inc., Valve and Fittings Div., 6300 W. Howard St, Chicago, 111. 60648 Greenfield Tap & Die División of United Greenfield, 26 Sanderson St., Greenfield, Mass. 01301 Grove Mfg. Co., Div. of Walter Kidde & Co., Rte. 16, Box 1, Shady Grove, Pa. 17256 Harnischfeger Corp., 4400 West National Ave., Milwaukee, Wis. 53246 Hein-Werner Corp., 1400 National Ave., Milwaukee, Wis. 54201 Hobart Brothers, Box MC-1078, Troy, Ohio 45373 Homelite, a División of Textron Inc., P.O. Box 7047, Charlotte, N.C. 28217 Huber Corp., a División of A-T-O Inc., Box 501, Marión, Ohio 43302 Hughes Tool Co., 5425 Polk Ave., Houston, Texas 77023 Hyster Co., Box 289, Kewanee, 111. 61443 Ingersoll-Rand Co., Phillipsburg, N.J. 08865 Insley Mfg. Corp., 801 N. Olney St., Indianapolis, Ind. 46201 International Harvester Co., Construction Equipment Div., 10400 West North Ave., Melrose Park, 111. 60160 International Union of Operating Engineers, 1125 17th St., N.W., Washington, D.C. 20036 Jaeger Machine Co., 550 W. Spring St, Columbus, Ohio 43216

Agradecimientos Jeffrey-Galion Inc. Joy Mfg. Co., Montgomeryville, Pa. 18936 Kalba, Budd, White Plains, N.Y. 10604 King-Seely Corp., Ann Arbor, Mich. 48107 Koehring Go., 780 N. Water St., Milwaukee, Wis. 53201 LeRoi Div. —Dresser Industries Inc., Box 90, Sidney, Ohio 43265 Liebherr-America, 4100 Chestnut Ave., Newport News, Va. 23605 Link-Belt Speeder Div., FMC Corp., 1201 Sixth St. S.W., Cedar Rapids, Iowa 52406 Mac Tools, Inc., Washington Court House, Ohio 43160 Mack Trucks, Inc., Allentown, Pa. 18105 Marathon LeTourneau Co., Mobberly Ave., Longview, Texas 75601 Marlow Pumps McCaffrey-Ruddock Tagline Corp., Ruddock Bldg., Los Angeles, Calif. 90058 Melrose Div., Clark Equipment Co., Gwinner, N.D. 58040 Metric Screw and Tool Co., 211 Albion St., Wakefield, Mass. 01880 Monroe Standard, Inc. Morse Chain Division of Borg Warner, S. Aurora St., Ithaca, N.Y. 14850 M-R-S Mfg. Co., Keamy Park, Box 199, Flora, Miss. 39071 O&K Orenstein & Koppel Inc. USA, Clifton, NJ. 07013 The Oliver Corp. OwatonnaTool Co., 560 Eisenhower. Dr., Owatonna, Minn. 55060 Owen Bucket Co., 6031 Breakwater Ave., Cleveland, Ohio 44102 Page Engineering Co., Clearing Post Office, Chicago, IU. 60638 Peerless Chain Co., 1416 E. 8th St., Winona, Minn. 55987 H. O. Penn Machinery Co., Business Park Drive, Armonk, N.Y. 10504 Perfect Circle Div., Dana Corp., Box 1166, Richmond, Ind. 47374 Petersen Mfg. Co., DeWitt, Neb. 68341 Philadelphia Gear Corp., 181 S. Gulph Rd., King of Prussia, Pa. 19406 Power Shovel & Crane Assn., PSCA, Bureau of CIMA, 111 E. Wisconsin Ave., Milwaukee, Wis. 53202 Power Transmission Council Ramsey Winch Co., Box 15829, Tulsa, Okla. 74115

vii

RayGo Inc., 13500 Country Road 6, Minneapolis, Minn. 55441 Roth, Albert Jr., Greenwich, Conn. 06830 Rubber Manufacturers Association Russell, Burdsall & Ward Schramm Inc., 901 E. Virginia Ave., West Chester, Pa. 19380 Shunk Mfg. Co., Subsidiaria de Chromalloy American Corp., 1460 Auto Ave., Bucyrus, Ohio 44820 Spencer Turbine Co., 486 New Park Ave., Hartford, Conn.06110 Sperry-Vickers Tulsa Div., 7217 E. Pine St., Tulsa, Okla. 74115 Spicer Axle Div. Dana Corp. (Spicer Mfg.), Box 1209, Ft. Wayne, Ind. 46801 Stanley Works, The 195 Lake St, New Britain, Conn. 06050 L. S. Starret Co., 121 Crescent St., Athol, Mass. 01331 Stewart-Warner Corp., Alemite and Instru-ment Div., 1826 Diversey Parkway, Chicago, IU. 60614 J. Sunray & Son, Port Chester, N.Y. 10573 Tampo Mfg. Co., Box 7248, San Antonio, Texas 78285 Taylor, John C, Armonk, N.Y. 10504 Taylor, S. G. Chain Co., 3-141st St., Hammond, Ind. 46325 Tecumseh Products Co., 900 North St., Grafton, Wis. 53024 TEREX Div., General Motors Corp., Hudson, Ohio 44236 Thew Shovel Co., Lorain Div. of Koehring Co., 1374 E. 28th St., Lorain, Ohio 44053 Thomas Laughlin Company Timken Co., Rock Bit Div., 333 E. Fillmore St., Colorado Springs, Colo. 80901 Timken-Detroit Axle Company Tuxco Corp., 1539 Morrow Ave., No. Chicago, III. 60064 Twin Disc Inc., 1330 Racine St., Racine, Wis. 53403 Unit Crane & Shovel Corp., 1915 S. Moorland Rd., New Berlin, Wis. 53151 United States Navy, Bureau of Naval Personnel, Washington, D.C. 20390 Vibro-Plus Products, Inc., Stanhope, N.J. 07874 Vickers, Inc., véase Sperry Vickers WABCO Construction and Mining Equipment Group —an American-Standard Company, 2301 N. Adams St., Peoria, III. 61601

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Ware Machine Works, Inc., East Main St., Ware, Mass. 69624 Warren Group, Div. of Warren Tbol, Box 68, Hiram, Ohio 44234 Waukesha Motor Co., 100 W. St. Paul Ave., Waukesha, Wis. 53186 Wegener, Clifford, Greenwich, Conn. 06830 Wegener, Maj-Greth, Greenwich, Conn. 06830 Wellman Engineering Company

West Shore Community College, Scottville, Mich. 49454 Western Rock Bit Manufacturing Company Wickwire Spencer Steel Div., Colorado Puel & Iron CorpWire Rope Institute Woodward Governor Co., 5001 N. Second St., Rockford, 111. 61101

Prefacio

La industria moderna de la construcción depende casi por completo del equipo móvil para su trabajo. Sus contratistas utilizan tres grupos de trabajadores que tienen estrecha relación con ese equipo: dirigentes y supervisores que seleccionan las máquinas y ordenan su trabajo, los operadores que las manejan y los mecánicos que les dan mantenimiento y las reparan. MANUAL DE REPARACIÓN Y MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA PESADA es para los mecánicos. Ofrece un examen general de los requisitos de servicio, lo cual interesa a toda la industria, pero está destinado en particular para satisfacer las necesidades de estudiantes y aprendices de mecánico. El contenido está basado en mi convicción de que estas personas necesitan entender el diseño mecánico y los principios de funcionamiento del equipo así como los métodos para trabajar en él, si desean ser mecánicos de equipo pesado buenos y muy competentes.

Esta segunda edición en inglés se ha actualizado con la inclusión de nuevos tipos y modelos de equipo y con la ampliación de las descripciones de componentes hidráulicos y eléctricos y de las herramientas de mano y para taller. Se ha dado especial importancia a los principios básicos y métodos generales. No se ha intentado dar instrucciones detalladas de servicio de ninguna máquina. Un manual de servicio completo de una sola máquina, a menudo, es más voluminoso que todo este libro. El empleo diligente de este libro hará que el lector sea pronto un mejor mecánico y reduce el desperdicio de tiempo, piezas y equipo mientras aprende. Al mismo tiempo, reduce el trabajo de los instructores y supervisores. MANUAL DE REPARACIÓN Y MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA PESADA es de gran utilidad en los departamentos de servicio de empresas constructoras y de distribuidores de equipo. Incluso el personal experimentado a

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

menudo se beneficia con un repaso general de su campo de actividad. Otra aplicación es en el estudio y la práctica de la ingeniería mecánica. Los textos en esa rama abarcan, principalmente, teoría y cálculos, por lo

cual instructores e ingenieros de diseño carecen de un texto que abarque aplicaciones prácticas como las aquí descritas. El índice ayudará a encontrar la información deseada.

Contenido 1

TRANSMISIÓN DE POTENCIA Incremento de la fuerza ............................................................................... Energía • Trabajo • Máquinas simples • Entrada y salida • Ventaja mecánica

1

Fricción y eficiencia

.....................................................................................

4

Palancas y engranes ....................................................................................... Palancas • Rueda y eje • Engranes • Relaciones de engranes

4

Trenes de engranes .......................................................................................... Engranes cónicos • Diferencial • Diferencial antigiratorio • Planetarios

12

Ejes .................................................................................................................. Ajustes a presión • Cuñas • Estrías • Brida • Tornillo prisionero

16

Uniones (juntas) universales ...................................................................... Alineación • Acoplamientos • Uniones universales • Uniones de velocidad constante (VC)

20

Transmisión .................................................................................................

23

Transmisión por cadenas ............................................................................ Cadena de rodillos • Cadena silenciosa • Alineación • Desgaste • Reparación y sustitución • Lubricación • Orugas

23

Transmisión por bandas (correas) ............................................................. Poleas • Bandas planas • Bandas transportadoras • Bandas trapezoidales • Ajuste • Instalación

30

Vibración .........................................................................................................

34

Inercia

35

.........................................................................................................

Fuerza centrífuga

........................................................................................

35

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

2

FRICCIÓN, COJINETES Y LUBRICACIÓN FRICCIÓN Características................................................................................................. Superficies • Carga • Zona de contacto • Velocidad • Rayaduras • Fricción en líquidos

37

COJINETES Bujes (Casquillos) ......................................................................................... Ajuste • Instalación y desmontaje • Metales de cojinete • Inspección • Lubricación

41

Cojinetes antifricción....................................................................................... Cojinetes de bolas • Cojinetes de rodillos • Cojinetes de agujas • Cojinetes de rodillos cónicos • Precarga • Importancia

46

Mantenimiento ................................................................................................ Lubricación con grasa • Lubricación por salpicado • Daños por el agua • Mugre y limaduras

51

Desmontaje de cojinetes................................................................................... Limpieza • Inspección • Para ordenar cojinetes • Cojinetes nuevos

55

Juntas y sellos ................................................................................................. Juntas • Capuchones • Fuelles • Diafragma • Sellos anulares • Empaquetadura • Sellos de aceite • Sello positivo • Anillos metálicos

59

LUBRICACIÓN Lubricantes...................................................................................................... Aceite y grasa • Lubricación por inmersión • Sistemas de bombas • Enfriamiento • Aceite sucio • Aceite lubricante para motores diesel

66

Empleo de los lubricantes................................................................................ Comprobación de niveles • Tapones para comprobación • Manejo de los aceites

72

Grasa ............................................................................................................... Mugre • Lubricantes a base de asfalto • Comprobación de la lubricación

74

Graseras ....................................................................................................... Alta presión • Graseras especiales • Graseras agrupadas • Lubricación centralizada • Inspección • Limpieza

76

Pistolas engrasadoras ..................................................................................... Pistolas de mano • Llenado • Bombas para cubetas • Bombas neumáticas • Para empacar un cojinete • Camiones para lubricación

80

Contenido xiii 3

PLANO INCLINADO Plano inclinado .................................................................................... Rampas • Gato de tornillo

91

Pernos y tornillos ................................................................................. 92 Roscas • Rosca izquierda • Tornillos de máquina • Otras roscas • Calidad del acero • Tipos • Espárragos (birlos) Tuercas .................................................................................................... 98 Grado del acero • Tuercas hexagonales • Tuercas anchas • Altas y bajas • Cuadradas y ranuradas • De seguridad • Tuerca recalcada Apretamiento (Apriete) ............................................................................. Estiramiento y rotura • Torsión • Torsiones recomendadas Arandelas (rondanas) ............................................................................... De presión • Planas Corrosión ................................................................................................. Aluminio y acero

4

101 104 106

Terraja y machuelos................................................................................. Terraja • Machuelos Cuñas ....................................................................................................... Bordes y dientes cortantes • Afilado

107

Matracas (trinquetes) ........................................................................... Matraca y uña • Embrague de rueda libre Calzas ..................................................................................................

112

109

113

MOTORES Combustión interna ............................................................................... Piezas estacionarias ................................................................................. Bloque de cilindros • Camisas de cilindros • Cabeza de cilindros Piezas móviles ....................................................................................... Pistones • Anillos • Bielas • Cigüeñal • Volante • Amortiguador de vibración Acabado ................................................................................................ Engranes de tiempo (sincronización)........................................................ Marcas • Desmontaje Sistema de enfriamiento ............................................................................. Circulación • Radiador • Bomba y ventilador • Termostato • Incrustaciones y herrumbre • Enfriamiento por aire

115 115 118

123 123 125

xiv

Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada Válvulas ....................................................................................................... Acción de las válvulas • Tornillo de ajuste • Ajustadores y levantadores hidráulicos • Deterioro • Para desarmar • Rectificación • Otras piezas • Para armar

133

Gobernador (regulador) .................................................................................. Mecánico • Hidráulico • De velocidad

138

Admisión de aire ............................................................................................. Filtro de baño de aceite • Filtro seco • Protección para el escape • Altitud • Sobrealimentación

140

Motores de gasolina (encendido por chispa) ............................................... Cuatro tiempos • Dos tiempos • Compresión

143

Combustible ................................................................................................ Sistema de combustible • Bomba • Carburador • Espreas (surtidores) • Ajuste • Estrangulador ("choke")

146

Dificultades con el combustible ...................................................................... Mugre • Condensación • Agua • Vaporización • Mangueras

152

Sistema de encendido convencional ............................................................... Bobina • Distribuidor • Platinos (contactos) • Rotor • Tapa del distribuidor • Distribuidor mojado • Tiempo (sincronización) • Cables y alambres

154

Encendido de estado sólido

........................................................................

161

Magneto

.......................................................................................................

163

Bujías .............................................................................................................. Gama de calor • Alcance • Abertura • Resistores • Juntas • Pruebas • Servicio • Polaridad de la bobina • Chispa cruzada • Las bujías como indicadores • Instalación

164

Motores Diesel .............................................................................................. Cuatro tiempos • Dos tiempos • Cámara de precombustión

171

Combustible ................................................................................................ Dificultades

175

Inyección ......................................................................................................... Bomba del distribuidor • Bomba y distribuidor • Inyector unitario • Sistema de presión-tiempo (PT)

177

Arranque......................................................................................................... Eléctrico • Por aire • Empleo de éter • Tapones (bujías) incandescentes • Calentadores para el motor • Soplete • Motor auxiliar • Con empuje • Combustible • Fricción del aceite

181

Humo en el escape...........................................................................................

185

Contenido Consumo de combustible Carga • Encienda

5

............................................................................

186

Potencia ....................................................................................................... Torsión • Caballaje • Caballajes nominales • Caballaje A.M.A • Cilindrada • Altitud y temperatura • Sobrealimentación

187

Dinamómetro .................................................................................................. Dinamómetro de absorción • Hidráulico • Conexión al cigüeñal • Dinamómetro del chasis • Pruebas • Asentamiento inicial de motores

192

ELECTRICIDAD Importancia

6

xv

................................................................................................

199

Naturaleza de la electricidad.......................................................................... Corriente • ca y cc • Resistencia

199

Circuitos ...................................................................................................... Calentamiento • Calefactores • Reóstato • Fusibles y disyuntores

203

Interruptores.................................................................................................... Mecánicos • Magnéticos • De mercurio • Automáticos

205

Generación de electricidad .......................................................................... Imanes • Generadores de ce

207

Acumulador..................................................................................................... Terminales • Acción química • Pruebas • Libres de mantenimiento (sellados) • Soportes • Desmontaje • Conexiones • Cables auxiliares • Precauciones

209

Circuito de arranque ....................................................................................... Interruptor directo • Solenoide • Complicaciones • En serie-paralelo • Marcha (motor de arranque) • Piñón trabado • Enpujar para arrancar

218

Diagnóstico de dificultades .......................................................................... Luz de prueba • Alambre puente (brincador) • Peligros

224

Propulsión eléctrica ...................................................................................... Accesorios • Diesel-eléctrica • Eléctrica • Rueda "eléctrica*

227

Palas eléctricas ................................................................................................ Eléctricas y Diesel-eléctricas • Línea aérea • Sistema Ward-Leonard • "Magnetorque" • Controladores

229

EMBRAGUES, ACOPLAMIENTOS FLUIDOS Y CONVERTIDORES Embragues.......................................................................................................

235

Embrague de mordazas...................................................................................

235

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada Embragues de fricción ..................................................................................... Disco sencillo • Disco doble • Trabajo pesado • Discos múltiples • De zapatas • Acción de automultiplicación ("autoenergización") • Varillaje

237

Servicio ............................................................................................................ Lubricación • Ajuste • Juego libre • Tracción en la palanca • Arrastre • Patinaje • Embrague de seguridad

241

Reacondicionamiento ................................................................................... Desmontaje del embrague • Para desarmar • Comprobación de desgaste • Frenos de embrague

245

ACOPLAMIENTOS FLUIDOS Y CONVERTIDORES

7

Características ................................................................................................. Acoplamiento fluido

248

Convertidor de torsión ..................................................................................... De una etapa • De doble turbina • De tres etapas • Enfriamiento y circulación • Presencia de aire • Sobrecalentamiento • Selección de reducciones • Limpieza • Embragues de convertidor • Retardador hidráulico • Gobernador en el eje de salida

252

Impulsión entre la bomba y el motor hidráulico ............................................ Bomba de pistón (Hidrostática) • Desplazamiento variable • Control con la placa oscilante • Circuito hidrostático

263

TRANSMISIONES Construcción .................................................................................................... 269 Dos velocidades • Reversa • Tres velocidades • Auxiliares • Retenes • Mecanismo de cambios • Cambios de velocidades • Patrones de cambios • Acoplamiento constante • Sincronizadas • Cambios bajo potencia • Transmisión cíclica • Transmisión para transportadores • Automáticas Servicio ............................................................................................................ Lubricación • Entrecierre de cambios • Mecanismo de cambios

281

Desmontaje ...................................................................................................... Accesorios • Planeación • Para desarmar • Contraeje y eje intermedio • Desmontaje de engranes • Para armar

283

Cambios bajo potencia..................................................................................... Transmisión Torqmatic • Lubricación

288

1 Transmisión de potencia INCREMENTO DE LA FUERZA El mecánico de equipo pesado necesita saber cómo se transforma la potencia latente del combustible en potencia útil mediante la combustión en los motores y cómo se controla y se aplica esa potencia a las máquinas y su trabajo. También debe saber cómo puede utilizar su fuerza física y su ingenio para el servicio eficiente a las máquinas. Los motores de combustión interna tienen principios y construcción un tanto complicados, por lo cual se dejarán para el capítulo 4. Baste decir, por el momento, que, por lo general, el cigüeñal de un motor gira con demasiada rapidez pero con muy poca fuerza (torsión) para que pueda emplearse directamente en la impulsión o el accionamiento de una máquina. Esta velocidad se puede reducir y con ello aumentar la potencia en la misma proporción de una máquina con el empleo de engranes, palancas, poleas, sistemas hidráulicos y otros métodos. Usted utiliza su fuerza física por medio de llaves, cuñas,

barretas, gatos y muchos otros aparatos. Casi todo el incremento en la fuerza se logra con alguna forma de brazo de palanca, la cual se ha definido de muchas maneras, entre otras, ventaja mecánica o "fuerza de acción incrementada". Para explicar cómo actúa el brazo de palanca, revisaremos en las siguientes páginas, algunas leyendas básicas de la física. Energía. La energía es lo que usted utiliza en una llave cuando trata de hacer girar una tuerca, y la que se aplica al cigüeñal de un motor. También hay energía en un resorte comprimido, en una roca que cae y en cualquier cuerpo en movimiento. La energía no se puede crear ni destruir; sólo se puede cambiar de una forma a otra. Las tres formas que aquí nos interesan son: fuerza, distancia (o velocidad) y el calor de la fricción. La fuerza es un empuje o tracción, que se puede medir en gramos, onzas, libras o toneladas. Es la cantidad de presión que ejerce una fuente de energía, sin que importe la velocidad

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Figura 1-1. Palanca de primer orden. de la fuente o si la fuerza es o no suficiente para mover alguna cosa. Con sólo cerrar la mano, usted puede producir 100 libras de fuerza. Esta fuerza podría comprimir un resorte en relación con una regla, aplastar un recipiente o no producir ningún efecto en una pieza de metal, pero en todos los casos se ejerce la misma fuerza. La fuerza de torcimiento o torsional es el momento de torsión. La distancia significa la distancia de un movimiento. Es la medición de la distancia que se mueve la mano al accionar la manija de una bomba y, además, la distancia que eleva el vehículo en respuesta a este movimiento de la mano. También pue-

de significar la rotación en torno de un punto fijo, tal como el número de vueltas de una llave al apretar una tuerca, el número de vueltas o revoluciones que efectúa un cigüeñal o un semieje (eje lateral) para mover un vehículo cierta distancia o durante cierta unidad de tiempo. Se acostumbra describir la velocidad de rotación en términos de revoluciones por minuto, abreviada rpm, las cuales son una medida de la velocidad, pero también es una medida de la distancia recorrida en un periodo de un minuto. Para convertirla a pulgadas o pies se debe conocer la distancia del punto en cuestión hasta el centro de la revolución, aunque por lo

Transmisión de potencia.

general no se hace así. Las rpm son la norma de medición. En general, es práctico utilizar la velocidad en la misma forma que la distancia para calcular el brazo de palanca. Trabajo. Se puede decir que el trabajo es el producto de un esfuerzo o el movimiento de un cuerpo en respuesta a la fuerza ejercida sobre él. Cuando se trata de describir el brazo de palanca se calcula con la fórmula: fuerza × distancia = trabajo En los casos en que la fuerza es incapaz de mover un objeto, la distancia se vuelve cero o nula y no se efectúa trabajo. Usted no efectúa trabajo cuando jala (tira) de una llave pero la tuerca no se mueve. En esta definición de trabajo sólo se considera lo que se hace y no cuánto tiempo se tarda para hacerlo. El caballaje (hp) con el que se miden el trabajo y el tiempo se describe en el capítulo 4. Máquinas simples. Hay seis máquinas, llamadas simples, con las cuales se puede aplicar brazo de palanca. Son la palanca, la rueda y eje, la polea, la cuña y el plano inclinado. Sería mejor llamarlas mecanismos o aparatos pues no encajan con las ideas modernas de lo que son las máquinas. Además, el brazo de palanca se puede obtener con potencia hidráulica o neumática (de aire), con transmisiones hidráulicas, que no tienen nada de simples o sencillas, y en algunas otras formas. Comentaremos todos estos aparatos.

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Entrada y salida. La potencia que se aplica a una máquina o aparato se llama potencia de entrada. En una transmisión estándar de un automóvil, la potencia entra debido a la rotación del eje de mando conectado con el embrague, que a veces se llama también eje de entrada. La conexión con el eje propulsor transmite la potencia en el eje principal de la transmisión que se llama también eje de salida. Por lo general, suele haber un solo lugar para la entrada y uno para la salida. Sin embargo, un camión o un tractor suelen tener dos ejes principales o de salida, uno para la impulsión o tracción y otro para la toma de fuerza para la impulsión de accesorios. Los equipos para perforación de pozos petroleros profundos pueden tener dos o más motores que impulsan una sola transmisión, la cual tiene un eje de entrada desde cada motor. Ventaja mecánica. En casi todo el trabajo intervienen dos factores básicos, sin que importe que lo efectúen máquinas o personas. Estos factores son el esfuerzo y la resistencia. El esfuerzo es la energía que aplican el hombre o el motor, sin relación ninguna con la distancia o la velocidad. La resistencia es el peso que se debe elevar o el objeto que se debe mover. La relación o razón que existe entre la resistencia que puede vencer un aparato y el esfuerzo que se le aplica se llama ventaja mecánica, que se puede abreviar VM. La fórmula sencilla es:

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Reparación y mantenimiento de maquinaría pesada

Si un hombre apenas puede levantar un bloque de cilindros que pesa 600 lb con una tracción de 30 lb en una garrucha o polipasto de cadena, la ventaja mecánica es 600/30 o 20. Esta VM es una característica de la garrucha y sigue siendo la misma aunque la carga sea menor que su capacidad. Por ejemplo, una tracción de 5 lb elevaría una carga de 100 lb. Sin embargo, ninguna máquina puede producir más trabajo que el de la potencia que se le aplica. Para poder obtener ese aumento de 20 a 1 en la potencia de elevación, habría que jalar la cadena 20 veces la distancia que se eleva la carga, en el supuesto de que no hubiera fricción.

za para elevar 600 lb con una relación o VM de 20:1. En una garrucha de poca calidad, mal lubricada y con intensa fricción de la carga, se consumiría con facilidad el 60% de la energía que usted aplica y la eficiencia sería del 40%. Entonces, habría que aplicar una tracción de 48 lb para elevar la carga. Si la fricción absorbe el 95% de la potencia, se perdería por completo la VM de la garrucha. A pesar de la gran importancia de la fricción, no la mencionaremos con frecuencia en los comentarios del brazo de palanca, con el fin de no crear confusión en los principios básicos. Sólo se debe recordar que una parte de la potencia se pierde por fricción; después haremos un comentario detallado de cómo y dónde se pierde.

FRICCIÓN Y EFICIENCIA

PALANCAS Y ENGRANES

En todo aparato que tiene componentes movibles hay fricción. La cantidad depende del diseño, material, construcción, lubricación y carga. Más adelante comentaremos los factores que influyen en la fricción. La eficiencia o, con mayor exactitud, la eficiencia mecánica de un aparato es el porcentaje de la potencia que se le aplica y que se puede tomar en la salida para efectuar trabajo. La potencia de salida es igual a la potencia de entrada menos la fricción. En una garrucha de cadena bien construida y bien lubricada, se puede perder 3 1/3 de la fuerza muscular en cada polea. Si hay tres poleas, la eficiencia sería de 90% y habría que aplicar una tracción de 31/3 lb de fuer-

Palancas. La máquina más antigua y más sencilla es la palanca, que se puede clasificar en tres tipos. En la figura 1—1 se ilustra una palanca de primer orden, que consiste en una barreta con el extremo para potencia debajo de una roca, una piedra a un pie de distancia que sirve como punto de apoyo y un hombre que empuja en el extremo libre a tres pies del punto de apoyo. El hombre está tres veces más lejos del punto de apoyo que la roca; por ello, si empuja la barra tres pulgadas, el extremo que está debajo de la roca sólo se elevará una pulgada. Esta pérdida de distancia, pues la distancia es una función de la velocidad, se equilibra o balancea con un aumento en la fuerza o potencia: las

Transmisión de potencia

Figura 1-2. Palanca de segundo orden. 100 lb que el hombre aplica en la barra se convierten en una fuerza elevadora de 300 lb debajo de la roca. En la parte inferior de la figura 1—1 se muestra el mismo ejemplo, excepto que el punto de apoyo se ha colocado a seis pulgadas (½ pie) de la roca, con lo cual se aumenta la distancia entre el punto de apoyo y el mango a 3½ ft, o sea, 42 pulgadas. Ahora, el mango de la palanca es

Figura 1-3. Palanca de tercer orden.

siete veces más largo que el extremo de trabajo; habrá que empujarlo siete pulgadas para llevar la roca una pulgada, aunque el empuje ascendente contra la roca será de 700 lb. Si la roca es demasiado pesada para levantarla o si la piedra que sirve de punto de apoyo se hunde en la tierra con la fuerza aplicada, entonces, la barra se convierte en una palanca de segundo orden, el extremo

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

que está debajo de la roca se transforma en el punto de apoyo y la piedra, en la carga. Se utilizan las mismas relaciones entre distancia y fuerza. Se apreciará que la diferencia entre las palancas de primero y segundo orden puede ser sólo cuál de los dos puntos es más débil. En una palanca de tercer orden se emplea la fuerza entre el punto de apoyo y el trabajo, de modo que sólo se puede usar para aumentar la velocidad o la distancia a expensas de la fuerza. Este tipo de brazo de palanca se utiliza en casi todos los cargadores frontales. Todas las partes de una palanca se mueven en curva, en vez de línea recta. Las curvas son arcos de círculos que se centran en el punto de apoyo. Una palanca debe ser rígida para la aplicación correcta de las relaciones distancia-fuerza. Siempre se calculan en líneas rectas desde el punto en que se aplica la fuerza en el punto de apoyo y desde el fulcro hasta el punto de trabajo. La palanca puede ser recta, en ángulo, curva o descentrada. Si la palanca tiene un ángulo grande en el punto de apoyo (Fig. 1—4) se llama palanca angular. El espacio entre los brazos puede tener puntales para darle mayor rigidez, con lo cual se produce la palanca angular triangular. Cuando usted gira una tuerca o un perno con una llave, utiliza una palanca de segundo orden. El punto de apoyo es el centro del perno, pues es la "bisagra" sobre la cual gira la llave.

Figura 1-4. Balancín y palanca angular. La resistencia o trabajo está en las roscas, y la potencia, en el lugar en que se sujeta la llave con la mano. Aquí hay un aspecto importante. La ventaja mecánica de una palanca se determina por las distancias desde el punto de apoyo hasta la potencia y la carga, no por la longitud total de la palanca. Si usted sujeta una llave de dos pies a un pie de distancia del extremo, sólo se tiene un pie de brazo de palanca. Si la sujeta en el extremo, obtendrá mayor brazo de palanca aplicando la fuerza con la parte externa de la mano, en lugar de hacerlo uniformemente con la mano empuñada. Rueda y eje. Una rueda y un eje (Fig. 1—5) es un tipo especial de palanca. Si esta rueda tuviera tres pies de diámetro y estuviera sujeta en forma rígida en un eje de seis pulgadas

Transmisión de potencia

Figura 1-5. Rueda y eje. que gira a 10 rpm, cualquier punto en ella describirá un círculo cada seis segundos y, cuanto más lejos esté ese punto del centro, mayor será el círculo y el punto se moverá con más rapidez para dar la vuelta en seis segundos. Un punto en la superficie del eje se mueve 19 in con cada vuelta y 113 in en el borde externo de la rueda. Igual que todos los aparatos con una potencia fija, una mayor velocidad significa menos fuerza. Se puede considerar que esta rueda es cierto número de palancas de tercer orden, en que el centro de rotación es el punto de apoyo; la superficie del eje, el punto de trabajo y el perímetro de la rueda, el punto de potencia. Si se aplica potencia al eje y se efectúa trabajo en el borde externo de la rueda, el resultado será un aumento de la velocidad y una reducción de la fuerza en una relación de 6:1. Si se aplica la potencia en el aro de la rueda, ésta actúa como si fuera cierto número de palancas de segundo orden y, también en este caso, el punto

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de apoyo es el centro de rotación pero el trabajo se efectúa en la superficie del eje; la potencia se multiplicará por seis y la velocidad (distancia) se reducirá en la misma proporción. Si el eje está fijo en dos ruedas de diferente tamaño, producirá o recibirá diferentes proporciones de potencia, hacia sus circunferencias o desde ellas, debido a las diferentes relaciones de brazo de palanca. La potencia se puede aplicar en el aro de una rueda mediante dientes de engrane o por fricción con una banda (correa). Los ejes se pueden hacer girar con motores de combustión interna, motores eléctricos, ruedas, aspas o engranes. Engranes. Un engrane es una rueda que tiene formados dientes que se pueden acoplar o endentar con los de otros engranes o con los eslabones de una cadena. Los engranes tienen una capacidad casi ilimitada para cambiar las relaciones potencia: velocidad entre los ejes de entrada y de salida. Los dientes de engranes, a veces, no tienen superficies de contacto llanas, sino que tienen un abultamiento o corona definidos que reducen la fricción y contrarrestan cualquier tendencia del metal a doblarse o comprimirse cuando están sometidos a una presión intensa. Los engranes tipo de rueda se suelen montar sobre ejes y pueden girar sobre el eje o estar fijos para que giren juntos. Un engrane que gira libre en un eje suele tener un buje, o un cojinete de metal blando en el cubo, para

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Figura 1-6. Tipos de engranes. (Cortesía de Power Transmission Council, Inc.)

reducir al mínimo la fricción y evitar el desgaste del cubo. Este engrane, por lo general, es un engrane intermedio o loco, colocado entre un engrane de mando (impulsor) y un engrane mandado (impulsado) para cambiar el sentido de rotación o la relación de engranaje. Muchas veces se logra el mismo resultado si el engrane se monta con cuñas o estrías en un eje corto soportado por cojinetes y en donde el único trabajo del eje es soportar el engrane. Cuando es importante que los engranes sean silenciosos, se deben "hermanar", es decir, se deben cortar o asentar uno contra otro para que haya un acoplamiento perfecto entre sus dientes. Con ello, se reducen el ruido, la fricción y el desgaste. Si se desarma cualquier tipo de juego o tren de engranes, se deben

marcar para poder instalarlos en la posición exacta que tenían, para que no se pierda la ventaja del asentamiento entre sí y para evitar que aparezca un nuevo ruido debido a las diferencias en el desgaste. En las figuras 1-6 y 1-7 se ilustran algunos de los tipos más comunes de engranes. A continuación los describiremos: Un engrane de dientes rectos tiene los dientes formados de tal modo que sean casi del mismo tamaño que el espacio que hay entre ellos y, además, los bordes de los dientes estén paralelos con el eje. Es un engrane sencillo y fuerte que produce más ruido y tiene más juego muerto que los otros dos tipos que se describirán más adelante. Los engranes de dientes rectos transmiten la potencia entre ejes pa-

Transmisión de potencia

Figura 1-7. Sinfín y engrane. (Cortesía de Unit Crane & Shovel Corp.) ralelos. Se emplean mucho porque su fabricación es sencilla y económica, además de que no producen empuje longitudinal (es decir, no causan una fuerza que tienda a deslizar el engrane o el eje en sentido lateral) y, para acoplarlos y desacoplarlos entre sí, se les desplaza a lo largo del eje. Sin embargo, suelen ser ruidosos y pueden tener juego muerto molesto. Estos engranes se pueden hacer en tamaños muy grandes. El que se ilustra en la figura 1-8 se destina a una laminadora de acero. Lo bueno es que no se emplea en ningún vehículo, excepto quizá en las palas gigantescas. Un engrane helicoidal es más ancho que uno de dientes rectos. Los dientes están dispuestos en diagonal, suelen ser de sección transversal más pequeña y también pueden ser curvos. Es más silencioso y de funcionamiento más suave que el de dientes rectos, pero ejerce un considerable empuje lateral. Un engrane doble helicoidal tiene dientes en los dos lados, con inclina-

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ciones opuestas entre sí. Tiene las ventajas del engrane helicoidal sencillo y no produce empuje lateral, pero es más costoso. Los engranes helicoidales se acoplan por pares opuestos, es decir, un engrane con inclinación hacia la derecha se acopla con uno de inclinación hacia la izquierda. Una cremallera es una barra que tiene dientes cortados en un lado. Se utiliza cuando las fuerzas son demasiado grandes para depender de la fricción entre una rueda y una oruga, o cuando se debe mantener una relación exacta entre la rotación y el movimiento. A un engrane circular muy grande, también se le puede llamar cremallera. Un sinfín es un cilindro con dientes en espiral y se asemeja a un perno con rosca muy gruesa. Sirve para hacer una rueda o engrane de sinfín, que es de dientes rectos, con los dientes cortados en una curva para acoplar con el sinfín. Los sinfines se pueden construir para lograr una ventaja mecánica muy elevada. Un sinfín y su engrane pueden reducir la velocidad mucho más que un juego de engranes cónicos o de dientes rectos del mismo tamaño aproximado. El sinfín y el engrane suelen girar en ángulos rectos entre sí, pero se pueden lograr otros ángulos con dientes de corte especial. Cuando aumentan la ventaja mecánica o relación entre el sinfín y el engrane, el paso de la rosca del sinfín es más plano y estos engranes no pueden invertir su rotación. Luego, si se hace girar el sinfín, girarán ambas piezas, pero si se trata de girar el

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engrane, chocará contra las roscas del sinfín y se detendrá, pues no hay suficiente efecto de acuñamiento para hacer girar el sinfín. Cuando el sinfín y el engrane tienen reducciones más bajas, se les puede hacer girar con cualquiera de ellos, pero esto no es fácil ni eficiente si se trata de hacerlo con el engrane, pues se pierde gran parte de la potencia en el efecto de acuñamiento. Para que el sinfín y engrane no puedan girar en sentido inverso se puede utilizar un freno automático pequeño en el sinfín. Los sinfines se calientan cuando trabajan bajo carga, salvo que estén provistos de sistemas especiales de enfriamiento y de circulación de aceite. Si en la flotilla en que usted tra-

Figura 1-8. Engrane de dientes rectos de gran tamaño. (Cortesía de Philadelphia Gear Works.)

Figura 1-9. Relaciones (reducciones) de engranes. (Cortesía de Power Transmission Council, Inc.)

baja hay máquinas con sinfín y engrane, consulte el manual de taller para determinar qué tanto tiempo pueden trabajar. Si ese tiempo es limitado, avise a los operadores y supervisores que no los hagan trabajar mucho tiempo. Los engranes cónicos son conos truncados con dientes en los lados inclinados. Los engranes cónicos normales acoplan cuando sus ejes están en ángulos rectos entre sí en el mismo plano. Los engranes cónicos tienen muchos tipos de dientes, que pueden ser estrechos o anchos, rectos o curvos. Hay complejos problemas de diseño en este tipo de engranes, pero usted no tiene por qué preocuparse, pues sólo tendrá que sustituir los engranes rotos o gastados por otros del mismo tipo. El engrane impulsor pequeño se llama piñón, y el impulsado grande, corona o engrane cónico. Casi siempre se surten por juegos completos que se han hermanado en la fábrica;

Transmisión de potencia

es recomendable comprarlos porque casi no producen ruido. Los engranes cónicos requieren de un ajuste cuidadoso, pues no quedan alineados en forma automática con sus ejes y cojinetes. Los engranes hipoidales son cónicos con dientes curvos, y son un término medio entre los sinfines y los engranes cónicos. Los ejes del piñón y la corona no estarán en el mismo plano. Por ejemplo, en un diferencial hipoidal, el piñón está más abajo de la línea del centro de los semiejes. Estos engranes necesitan de un lubricante especial, ya que los dientes lo expulsan, debido a la alta presión con que funcionan y, por ello, se pueden quedar secos. Una rueda dentada tiene dientes cónicos o puntiagudos con huecos redondos entre ellos. Se utiliza en combinación con una cadena de rodillos y deben coincidir en cuanto al espacio y la configuración de los dientes. Relaciones de engranes. Cuando dos engranes acoplados entre sí son de diferentes tamaños, el más pequeño se suele llamar piñón, y el

Figura 1-10. Tren de engranes cónicos reversibles.

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más grande, corona, engrane principal o cremallera. Un engrane que está acoplado con otros pero cuya única función es cambiar el sentido de rotación o un ajuste, se llama engrane loco. En la figura 1-9(A) se ilustran, sin los dientes, algunos engranes simples acoplados. Se verá que cuando hay dos engranes acoplados, cada uno girará en sentido opuesto. Si son del mismo tamaño, girarán a la misma velocidad. Si son de tamaño diferente, el más pequeño girará a más velocidad que el grande y su velocidad en pies por minuto en el borde debe ser la misma, debido al entrelazamiento de los dientes, pero debe girar a más rpm para que sus dientes coincidan con los del engrane grande. Por ejemplo, un engrane con 20 dientes, debe dar el doble de revoluciones para impulsar a un engrane de 40 dientes una sola revolución. En un juego sencillo de engranes, la relación entre la velocidad de dos engranes es proporcional al número de sus dientes, sin que importe si están conectados por medio de engranes más grandes o más pequeños. A tres engranes acoplados entre sí se les conoce como tren. En la figura 1-9(B) se ilustra un tren de engranes múltiples o "compound" en donde dos engranes de diferentes tamaños están hechos de una pieza o están fijos en el mismo eje. Estos trenes permiten cambios grandes en la relación y ocupan un espacio pequeño. Se dice que un engrane es de rotación derecha si, al verlo de frente, gira en el sentido de las manecillas

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del reloj; si lo hace en sentido inverso es de rotación izquierda. Si la rotación a la derecha se ve desde la parte posterior, sería rotación izquierda, por ello, en los manuales se especifica desde dónde se debe ver.

Figura 1-11. Diferencial. (Cortesía de Tímken-Detroit Axle Co.)

TRENES DE ENGRANES Engranes cónicos. Los engranes cónicos pueden girar en ángulo recto entre sí y, al mismo tiempo, variar la relación velocidad:potencia. Otra aplicación importante de estos engranes es la de invertir el sentido de rotación de un eje. En la figura 1-10 se ilustra un juego de engranes cónicos. Los dos engranes laterales son del mismo tamaño y pueden girar sobre un eje impulsado desde el motor. El engrane inferior (corona) es más grande y gira con más lentitud sobre un eje geométrico, en ángulo recto con el eje horizontal. Como se ilustra, el engrane izquierdo gira en el mismo sentido que su eje, por lo cual sus dientes inferiores se mueven hacia el observador. Con ello se hace girar la corona de izquierda a derecha y, a su vez, gira el engrane del lado derecho para que lo haga en sentido opuesto al del eje, y sus dientes inferiores se mueven en alejamiento del observador. Se habrán dado dos vueltas en ángulo recto en los engranes y los dos engranes laterales, acoplados entre sí por medio de la corona, giran en sentidos opuestos y a la misma velocidad y en el mismo eje. Si el eje horizontal tuviera dos embragues, por medio de los cuales se pudieran fijar por separado los dos engranes laterales en el eje, al acoplar el embrague izquierdo los engranes girarían como se describió. Al desacoplar ese embrague y acoplar el otro, los engranes girarían en la dirección opuesta. La corona, y la má-

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Figura 1-12. Diferencial de doble reducción y dos velocidades. (Cortesía de Timken-Detroit Axle Co.)

quina que impulsa, pueden girar en cualquier sentido con el acoplamiento del embrague correspondiente, o pueden girar libres si se desacoplan ambos embragues. Estos trenes de engranes cónicos se utilizan con frecuencia en los mecanismos de rotación y avance de las palas. Diferencial. El diferencial que se utiliza en automóviles, camiones y otros vehículos es un juego de engranes más complejo (Fig. 1-11). Consiste en una corona impulsada por un piñón, o por un tren de engranes de reducción y un par de semiejes impulsados desde la corona mediante seis engranes cónicos. Dos de estos engranes están montados en estrías en los

extremos internos de los semiejes; los otros cuatro se llaman satélites y están montados por pares opuestos en la caja del diferencial sujeta a la corona. Los satélites giran junto con la corona y hacen girar los engranes laterales y todo el sistema gira sobre el mismo eje geométrico que los semiejes. Si la carga en los dos semiejes es igual, los satélites no giran sobre sí mismos, sino que lo hacen con la caja, alrededor de los engranes laterales. Si ambos semiejes se traban o dejan de girar, no puede girar ningún engrane o satélite. Si se traba un semieje, cada par opuesto de satélites, además de girar en torno al eje principal, girarán en direcciones opuestas sobre sus propios ejes (los cuales

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giran uno frente al otro sobre la corona), rodando sobre el engrane del semieje trabado. La rotación de la caja sigue impulsando al otro engrane lateral y también lo hace girar la rotación de los satélites, con lo cual se duplica su velocidad. Si un semieje gira con más lentitud, el otro aumentará su velocidad en forma proporcional. En algunos diferenciales, a veces, se utilizan engranes rectos en vez de cónicos. En un diferencial de doble reducción, la corona hace girar un eje, en donde está montado un engrane pequeño, el cual acopla con uno más grande en la caja del diferencial. Con ello, se tiene mayor reducción que sólo con la rotación de la caja con la corona. Un diferencial de dos velocidades ("dual") tiene dos relaciones diferentes de engranaje, que son seleccionados por el conductor, mediante un mecanismo de cambio por vacío o eléctrico, que se controla mediante un botón que se encuentra en la perilla de la palanca de velocidades. En la figura 1-12 se ilustra un diferencial de dos velocidades y doble reducción. El diferencial es indispensable para aplicar potencia a un par de ruedas que deben girar a diferentes velocidades, como un automóvil cuando toma una curva, en donde las ruedas externas giran a mayor velocidad que las internas. También se emplea para la dirección de algunas máquinas y para cambiar la relación de engranes mediante embragues. Una desventaja es que aplicará casi toda

Figura 1-13. Diferencial de paso limitado. (Cortesía de WABCO.) la potencia al semieje o componente que está desacoplado o que gira libre o patina; por ejemplo como una rueda de un automóvil sobre un bloque de hielo patinará mientras que la rueda que tiene buena tracción no puede girar. Diferencial antigiratorio. Hay algunos tipos de diferenciales en que se ha resuelto el problema del patinaje con el empleo de embragues para el cierre automático de los satélites y, en otros, con sinfines y engranes sinfín en lugar de satélites, en los cuales se permite la acción diferencial en las curvas, pero que se traba en forma automática para evitar la rotación.

Transmisión de potencia

En el tipo que se ilustra en la figura 1-13, se utilizan dos engranes laterales grandes y cuatro satélites pequeños; éstos giran sobre bujes de gran tamaño. Si uno de los semiejes empieza a patinar por falta de tracción, la diferencia en la resistencia que producen los dos semiejes obligará a los satélites a separarse del semieje que tiene tracción y quedarán apretados contra sus bujes. Con ello dejarán de girar y no podrá ocurrir la acción diferencial normal. Si la resistencia de la rueda que tiene tracción es suficiente y se transmite a ella cuatro veces más potencia que a la rueda que patina, los satélites girarán en sus bujes y habrá acción diferencial con algo de arrastre. Los satélites vuelven a quedar libres tan pronto como ambas ruedas tienen tracción. Este mecanismo no impide que las ruedas giren en forma normal en las curvas. Planetarios. Un tren de planetarios (Fig. 1-14) incluye un engrane solar central montado con cuñas o estrías en un eje, dos o más planetarios y un engrane interno fijo con dientes internos. Los planetarios giran sobre ejes pequeños fijos en un portaplanetarios. Para reducir la velocidad y aumentar la torsión, se aplica potencia al eje y los planetarios montados en el portaplanetarios efectúan el trabajo. Para hacer girar los planetarios se hace girar el engrane solar. Con ello, se los hace "caminar" alrededor de los dientes del engrane interno y llevan

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Figura 1-14. Mando final de planetarios. (Cortesía de Euclid, Inc.)

consigo al portaplanetarios en el mismo sentido de rotación del eje. Para encontrar la multiplicación de la torsión, se divide el número de dientes de la corona entre el número de dientes del engrane solar y se le suma uno. Por ejemplo, una corona de 30 dientes y uno solar de 10 producen una multiplicación de la torsión de cuatro. Un tren de planetarios con una corona fija como ésta, es un sistema compacto y fuerte para multiplicar el par motor. Si se pueden fijar o dejar libres el engrane interno y el portaplanetarios, se obtendrá una acción de freno y embrague. El malacate de la antigua escrepa International controlada por cables, tiene un tambor para el cable, al cual se hace girar con un portaplanetarios que se puede detener con una banda externa de fricción anclada en la caja externa. La corona está atornillada a la cubierta de planetarios que se puede fijar o liberar con un embrague similar (Fig. 1-15). El engrane solar es impulsado mediante engranes reductores desde el

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eje de la toma de potencia del tractor, y hace girar a los planetarios sobre sus pivotes. Si el embrague o banda sujetan la corona, los planetarios "caminan" dentro de él y hacen girar el portaplanetarios y el tambor para enrollar el cable. Si se suelta el embrague y se aplica el freno, se detiene el portaplanetarios y la rotación de los planetarios hace girar la corona, que es una pieza que no trabaja y no aplica ninguna carga. Esos cambios se pueden hacer a plena carga sin desconectar la potencia. Cuando se sueltan el embrague y las bandas de freno mientras el portaplanetarios, los planetarios y la corona giran libres, la tracción del cable externo puede hacer girar el tambor para desenrollar el cable. Los varillajes de control están dispuestos de modo que no se puedan usar el embrague y el freno al mismo tiempo. Se puede utilizar un método similar para producir una transmisión de dos velocidades. Si el portaplanetarios y la corona están conectados mediante engranes o cadenas con un solo eje de salida, entonces se dirige la potencia en un sentido u otro por medio de los dos frenos, para cambiar la relación de engranes o el sentido de rotación. El mecanismo de planetarios se describirá con más detalle en el capítulo 7. Los trenes de planetarios son sencillos, compactos y fuertes y, por lo general, su mantenimiento resulta poco problemático, hasta que ellos y sus cojinetes estén gastados casi por completo. Por el contrario, es posible que los ajustes de los numerosos frenos y

Figura 1-15. Impulsión con planetarios para malacate. (Cortesía de International Harvester Co.)

embragues para los cambios y control de los sistemas de planetarios pueden ser un tanto complicados. Usted necesitará instrucciones especiales o la orientación de un mecánico experimentado las primeras veces que necesite ajustarlos o reacondicionarlos.

EJES Se utilizan ejes (flechas) rectos para soportar engranes y poleas y para transmitir la potencia de un lugar a otro. El cigüeñal convierte el movi-

Transmisión de potencia

miento reciprocante de los pistones, en movimiento rotatorio. Los ejes rectos suelen ser macizos, pero pueden estar huecos para reducir el peso, por ejemplo, en el eje propulsor (cardán) en los camiones o para que otro eje pueda girar independientemente en su interior. Pueden tener un diámetro uniforme o estar escalonados o cónicos en los puntos de apoyo o de montaje. Los problemas con los ejes pueden incluir: terceduras y roturas, desalineación, chicoteo y vibración, desgaste en los puntos de fricción y contacto, juego longitudinal y daños en los cuñeros y en las estrías. Ajustes a presión. En todos los metales, incluso los aceros de aleación más finos y más duros, cambiarán ligeramente su forma cuando se les aplica una presión intensa. Si un engrane o un cubo están instalados a presión en un eje, ambos se pueden deformar con la carga giratoria, con lo cual las partes que están en contacto trabajarán una contra la otra, desgastarán el metal en forma gradual y producirán aumentos crecientes en la holgura. Para evitar este contacto entre el cubo de un engrane y el eje, el cubo puede ser un poco más chico, de modo que se necesita una alta presión para instalarlo en el eje. Ese tamaño más chico o bajo medida se calcula de manera que la compresión del metal sea igual al esfuerzo que se le aplicará, para que no ocurra movimiento destructivo ni con las cargas más pesadas. En general, cuanto

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mayor sea la presión más apretado quedará el ajuste. Un eje se puede esmerilar escalonado en la fábrica, con dos o más diámetros, para evitar la necesidad de instalar a presión un engrane o una pista interna de cojinete, a cierta distancia a lo largo del eje, en donde entrará con holgura hasta que llegue al escalón correspondiente y, también para permitir la colocación de apoyos exactos y firmes para las piezas instaladas a presión en los escalones. En la figura 1—16, se puede observar que el eje del piñón está esmerilado en forma escalonada. El grado de apretamiento de un cubo cónico en su eje cónico correlativo depende de la presión para instalarlo. El extremo del eje puede estar roscado, con lo cual se fija el cubo al apretar una tuerca grande. No hay problema para deslizarlo a lo largo del eje y, cuando se quiera desarmar, se puede aflojar para sacarlo con los dedos, moviéndolo una fracción diminuta de pulgada. Sin embargo, para aflojarlo se puede requerir de mucha

Figura 1-16. Eje de piñón escalonado. (Cortesía de Euclid, Inc.)

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Figura 1-17. Cuñas (chavetas). (Cortesía de U. S. Navy.)

fuerza. Las conicidades deben coincidir para que haya sujeción. Cuando un eje y el cubo de un engrane van a girar juntos, se debe proveer algún medio para evitar que giren por separado, pues un cubo redondo no queda sujeto con firmeza en un eje redondo, sin que importe la presión con que haya sido instalado. Los tres medios que más se utilizan para el caso son: cuñas (chavetas), estrías y bridas. En piezas pequeñas con cargas ligeras se pueden emplear tornillos prisioneros. Cuñas (chavetas). Una cuña puede ser de acero duro, cuadrada o en forma de media luna conocida co-

Figura 1-18. Ejes estriados. (Cortesía de Unit Crane & Shovel Corp.)

mo cuña Woodruff. Un cuñero (chavetero) es una ranura con los lados a escuadra; se corta uno en el cubo y otro en el eje. Por lo general, la cuña se coloca en el cunero del eje y se desliza sobre ella la ranura correlativa del cubo. La cuña debe quedar apretada con los dedos en los cuneros, y el cubo debe estar lo más apretado que se necesite sobre el eje. Cualquier holgura permite que el cubo se mueva hacia un lado y otro contra la cuña y, con el tiempo, se destruirán la cuña y el cunero si la carga es suficientemente pesada. La cuña Woodruff o de media luna es más fácil de usar que la cuña cuadrada. Nunca utilice un acero dulce común ni ningún otro metal blando para hacer las cuñas, pues se doblará y romperá, a menos que las cargas sean ligeras. Estrías. Un eje estriado (Fig. 118) tiene cierto número de ranuras similares a cuneros, practicadas a intervalos equiespaciados en su circunferencia. En el cubo hay ranuras correlativas y se desliza o instala a presión en las estrías del eje. Si las estrías están cortadas de modo de tener holgura para un ajuste deslizable, la posición del cubo en la parte estriada del eje se puede controlar con un collar y yugo del tipo de embrague. Si son de ajuste sin holgura o a presión, el cubo se puede sujetar en su lugar por fricción, con collares de empuje, arillos seguros, tornillos prisioneros o en alguna otra forma.

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Figura 1-19. Tomillos prisioneros. (Cortesía de U. S. Navy.)

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en forma de L. Cuando el esfuerzo es mayor que el normal o es difícil alcanzar el tornillo, el agujero roscado puede tener suficiente profundidad con el fin de utilizar dos tornillos para que el superior fije el inferior. Siempre que saque un tornillo Alien, acostúmbrese a ver si hay otro debajo, de lo contrario, puede perder mucho tiempo y dañar una pieza.

Brida. Un extremo de un eje puede estar muy ensanchado para formar una placa redonda y plana llamada brida. Tiene cierto número de agujeros taladrados cerca del aro, con los cuales se puede atornillar a un cubo o a otra brida. Los semiejes (flechas laterales) de los automóviles y camiones tienen estrías en el extremo interno que acopla con el diferencial y una brida en el extremo externo. Las estrías pueden ser de ajuste deslizable para poder sacar el semieje sin abrir el diferencial. Tornillo prisionero. Los tornillos prisioneros se utilizan para trabajo ligero. Se taladra un agujero en el cubo y en una distancia pequeña en el eje. El agujero en el cubo está roscado y se coloca un tornillo hasta que la punta queda apretada con fuerza contra el asiento en el eje. La mayor parte de los tornillos prisioneros son del tipo Alien; son cilindros cortos de metal endurecido y roscados de un extremo a otro. La punta tiene una ligera conicidad y la cabeza ahuecada y hexagonal. Para girarlo se emplea una llave Alien hexagonal

Figura 1-20. Desalineación y acoplamiento flexible sencillo.

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

UNIONES (JUNTAS) UNIVERSALES Alineación. Los ejes que transmiten potencia de un componente a otro rara vez pueden permanecer en el mismo eje geométrico de rotación, el cual está determinado por los puntos de apoyo en ambos componentes. Aunque la instalación original tenga una alineación exacta, el desgaste de los cojinetes o puntos de apoyo, la flexión del bastidor o el asentamiento de los cimientos pueden ocasionar desalineación. Muchas veces, los componentes se instalan intencionalmente desalineados por conveniencia o porque la posición entre ellos puede cambiar. La flexión de los muelles traseros de un camión, debido a los golpes del camino y los cambios en la carga, hace que la posición relativa de la transmisión y el eje motriz cambien continuamente. Una desalineación, por muy ligera que sea, hará que un eje realice esfuerzos y desgaste excesivos en sus puntos de apoyo o cojinetes, —tal como se ilustra en forma exagerada en la figura l-20(A)— lo que puede hacer que el eje chicotee o se rompa. Por ello, el método normal para evitar lo anterior consiste en colocar uno o más (por lo general dos) acoplamientos (copies) flexibles o uniones universales en los ejes que conectan diversos componentes, con el fin de permitir que los ejes se adapten a las diferencias en la alineación. La desalineación puede ser angular, como se puede observar en los ejemplos, (A) y (B) o paralela, co-

mo en (C). Si es paralela, se acostumbra controlarla como si fueran dos ángulos en los extremos de un cubo o eje intermedio, como se muestra en (D). Acoplamientos. Un acoplamiento flexible sencillo para soportar cargas ligeras en ángulos y que, también, absorbe las vibraciones y choques, se ilustra en la figura l-20(E). Si las diferencias son pequeñas, se pueden utilizar acoplamientos con cadenas de rodillos o cadenas silenciosas (Fig. 1-21). En la figura 1-22 se ilustra un acoplamiento Morflex con placas o "bizcochos" de caucho (hule), para cargas ligeras. Se colocan dos bridas para atornillar una frente a la otra. Cada una está atornillada a dos del grupo de cuatro placas de caucho instaladas a presión en un retén de ace-

Figura 1-21. Acoplamiento con cadena de rodillos. (Cortesía de Morse Chain Co.)

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Figura 1-22. Acoplamiento con placas (bizcochos) de caucho. (Cortesía de Morse Chain Co.)

ro. La flexión del caucho absorbe la desalineación de los ejes montados en las bridas. El caucho absorberá también cierta cantidad de empuje o de tracción de los ejes y permitirá que varíe su longitud efectiva. Al montar dos acoplamientos juntos, como se ilustra en (C), se puede aumentar el ángulo hasta unos 7o.

Uniones universales. En las figuras 1-23 y 1-24, se ilustran uniones universales Spicer, que constan de una cruceta, dos yugos y cuatro cojinetes de agujas. El yugo de impulsión recibe dos brazos opuestos de la cruceta y el yugo impulsado por los otros dos. Cada par de brazos de cruceta gira sobre el mismo eje geométrico que el

Figura 1-23. Eje propulsor y uniones universales. (Cortesía de Spicer Manufacturing.)

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Las uniones universales con cruceta, por lo general, se fabrican para ángulos normales, hasta de 8 o a 10°, y para ángulos momentáneos, hasta de 15° a 20°. Para ángulos más grandes se requiere construirlas especialmente. Estas uniones se emplean en los ejes propulsores de casi todos los automóviles y camiones. Las uniones universales, por lo general, se utilizan por pares, con el fin de soportar desplazamiento lateral y angular, y así, cancelar cualesquiera vibraciones producidas en el eje impulsado por la acción de las uniones.

Figura 1-24. Componentes de una unión universal. (Cortesía de Spicer Manufacturing.)

yugo en donde están sujetos y los dos ejes geométricos se cruzan en el centro de la cruceta. La torsión producida por la rotación en dos planos, se absorbe por la oscilación de los brazos dentro de los cojinetes del yugo. Uno de los yugos tiene un yugo deslizable con estrías para permitir el cambio de longitud del eje. Los yugos o las estrías de la unión universal se montan en los ejes mediante bridas con tornillos u orejas soldadas.

Uniones de velocidad constante (VC). En la unión universal de velocidad constante (llamadas también homocinéticas), ilustrada en la figura 1-25, se emplean bolas giratorias entre los yugos para tener un punto de apoyo de distancia constante e impulsión sin pulsaciones. Se pueden emplear en casi todas las aplicaciones de uniones universales, pero están adaptadas en particular para ángulos muy agudos y para lugares en donde sólo se puede emplear una sola unión universal y en los cuales se requiere impulsión sin pulsaciones, como en los ejes delanteros de los vehículos con tracción en las cuatro ruedas.

Figura 1-25. Unión universal de velocidad constante (VC). (Cortesía de Bendix Products División, Bendix Aviation Corp.)

Transmisión de potencia

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Estas uniones no se pueden girar a un ángulo suficiente para la dirección normal; por ello, en los vehículos con tracción en las cuatro ruedas se necesita mucho espacio para girarlas.

TRANSMISIÓN Una transmisión consiste en una serie de engranes y ejes que, por lo general, se emplean para reducir la velocidad y aumentar la potencia, por medio de diferentes relaciones de engranes. Las transmisiones son muy importantes en el equipo pesado y hay muchos tipos diferentes, los cuales se describirán en el capítulo 7.

TRANSMISIÓN POR CADENAS Cadena de rodillos. Casi todos los engranes transmiten la potencia por el acoplamiento directo de sus dientes; sin embargo, las ruedas dentadas se impulsan por medio de cadenas. Las cadenas de rodillos se emplean en las palas giratorias para la impulsión o transmisión de las orugas, además, para el mecanismo de ataque y la maquinaria de la plataforma; en las zanjadoras para impulsar las orugas y la excavadora; en los mandos finales de las niveladoras y en muchos otros lugares. Por lo general, esta transmisión es la mejor para transmitir torsiones elevadas a baja velocidad entre ejes paralelos que están a distancias considerables o variables entre sí.

Figura 1-26. Cadena de rodillos. Se utilizan tipos descentrado o estándar. En la figura 1-26(A) se ilustra el tipo descentrado o desplazado. La cadena consta de una serie de eslabones cónicos idénticos, y el extremo estrecho de cada uno acopla en el extremo ancho del siguiente. Las palancas laterales están sujetas en forma permanente mediante un manguito o camisa hueca en el extremo estrecho. En el exterior de este manguito suele haber un manguito de rodillo que gira libre sobre el manguito interno fijo. Las placas laterales se sujetan en el extremo ancho del eslabón con un pasador o clavija des-

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montable que también pasa a lo largo del manguito interno del extremo pequeño del siguiente eslabón, para sujetar a los dos entre sí. Los eslabones se pueden unir en esa forma a cualquier longitud deseada y se unen los dos eslabones de extremo para cerrar la cadena. En (B) y (C) se ilustra la construcción estándar. Hay dos tipos de eslabones, cada uno con placas laterales rectas, paralelas. Los anchos tienen pasadores desmontables que sujetan las placas entre sí en cada extremo y los estrechos están sujetos con manguitos en vez de rodillos. Estos eslabones van alternados en la cadena. Los pasadores desmontables, excepto uno o más, que se dejan para poder abrir la cadena pueden ser sustituidos por remaches. Los manguitos de rodillo, a veces, no se utilizan. Los dientes de las ruedas dentadas deben ser del tamaño y forma correctos, según la cadena, para que no ocurra un desgaste excesivo. Cuando la cadena pasa alrededor de la rueda dentada se flexiona, como si fuera una bisagra, en el extremo de cada eslabón. El manguito gira sobre el pasador para esta acción de bisagra y el rodillo hace contacto con los dientes de la rueda dentada y, con ello, guía el eslabón a su lugar, a la vez que absorbe la mayor parte del contacto de fricción debido al movimiento rotatorio. Una rueda dentada pequeña produce mayor flexión y más desgaste de la cadena, que una grande. Los eslabones cortos se flexionan menos en cada articulación y, por tanto, se

pueden emplear en ruedas dentadas más pequeñas sin que se dañen. Si la cadena tiene un número par de espacios entre los pasadores, la rueda dentada debe tener un número impar y viceversa. Con ello se evita que un solo eslabón haga contacto cada vez con el mismo diente, a la vez que favorece un desgaste más uniforme y produce menos vibración. Esta construcción se llama de diente de guía o suplementario. Las ruedas dentadas conectadas por un lado de una cadena o banda giran en el mismo sentido; si están conectadas en lados opuestos, tendrán rotación inversa (Fig. 1-27). Cadena silenciosa. La cadena "silenciosa" (Fig. 1-28) está hecha con una serie de eslabones metálicos planos que tienen configuración de diente en cada extremo. Los extremos están perforados para instalar pasadores transversales largos. Se puede emplear una ranura central de guía en los dientes de la rueda dentada y placas de retén en los eslabones centrales, para mantener alineada la cadena. Estas cadenas sólo tienen dientes en un lado. Esta cadena es más silenciosa, y tiene menos vibración que la de ro-

Figura 1-27, Rotación de poleas conectadas por cadenas o bandas.

Transmisión de potencia

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estira en las ruedas dentadas, para evitar el desgaste por torcedura en los eslabones. El límite usual de reducción o multiplicación con una cadena silenciosa es de 6:1.

Figura 1-28. Cadena silenciosa. (Cortesía de Morse Chain Co.)

dillos y puede trabajar a velocidades más altas. Sus eslabones son pequeños en proporción a su resistencia física con el fin de poder utilizarla en ruedas dentadas de diámetro pequeño. Además amortigua los choques y alisa las irregularidades, aunque es más costosa que la cadena de rodillos. La cadena del tipo oscilante o de pasador dividido se hace en dos piezas longitudinales, una de las cuales está sujeta con rigidez en uno de los juegos de eslabones traslapados. Los dos pasadores oscilan uno en el otro cuando la cadena se flexiona y se

Alineación. En cualquier tipo de cadena es importante que las ruedas dentadas estén bien alineadas entre sí. Si no lo están, la cadena se subirá por los lados y se saltará de las ruedas dentadas. Hay dos tipos de desalineación: ejes que no están paralelos y ruedas dentadas que están descentradas o desalineadas. Si los ejes no están paralelos, lo que importa es el ángulo entre ellos, cualquiera que sea la distancia que los separa. Esto es común en la maquinaria para construcción. Se puede notar por una serie de puntes brillantes en un solo lado de la cadena o la rueda dentada. En la figura 1-30 se ilustran ruedas dentadas que están desalineadas. Este puede deberse a una instalación incorrecta, en donde la rueda dentada se resbala en el eje, o por el juego longitudinal en el eje. Para comprobarlo, se pone una regla de acero o se tiende un cordón a lo largo de un lado de las dos ruedas dentadas, las cuales deben alinear con exactitud.

Figura 1-29. Comprobación de paralelismo entre dos ejes. (Cortesía de Morse Chain Co.)

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Si un eje tiene juego longitudinal, las ruedas dentadas pueden estar alineadas en determinado momento, pero no en otro. Para comprobarlo, se empuja la rueda dentada con una barreta hacia un lado, primero en un sentido y luego en otro. Desgaste. Tanto las cadenas de rodillos como las silenciosas se alargan conforme se desgastan. Las máquinas, a menudo, se construyen de modo que la cadena empiece a golpear contra la caja cuando está floja. Este golpeteo es señal de peligro, y significa que es el momento de ajustar la cadena o, si no hay ajuste o ya se ha hecho todo el ajuste posible, entonces hay que reconstruir o sustituir la cadena, pues de lo contrario empezará a saltarse, es decir, dejará que una de las ruedas dentadas gire dentro de ella. Con ello, se dañarán la cadenas y la rueda dentada y no habrá transmisión confiable de la potencia. Si esto sucede con una cadena de tiempo de un motor de combustión interna, las válvulas y el encendido estarán "fuera de tiempo" con el movimiento de los pistones.

Para ajustar las cadenas que pasan en torno a dos ruedas dentadas se mueve una sola rueda dentada. En transmisiones acopladas con motores de combustión interna, a veces, hay que mover el motor; para ello se aflojan los pernos de montaje, se lo desliza con barretas o ajustadores roscados y se lo fija en la nueva posición. Si hay una tercera rueda dentada ajústese la tensión moviendo la rueda hacia dentro o hacia fuera. Una rueda dentada o un engrane loco para ajustar una cadena de rodillos puede hallarse dentro o fuera de la cadena, en tanto que debe llevar por dentro un silenciador para una cadena silenciosa de tipo estándar. La tensión se puede regular con un ajustador roscado, con un resorte o con una abrazadera. Reparación y sustitución. Por lo general, para acortar una cadena de rodillos se quita un eslabón en las de tipo desplazado. En las de tipo estándar, hay que quitar un par de eslabones. Si con ello se acorta demasiado, se puede utilizar un medio eslabón, que es un eslabón desplazado utilizado en una cadena estándar, en

Figura 1-30. Comprobación de desplazamiento de ruedas dentadas. (Cortesía de Morse Chain Co.)

Transmisión de potencia

sustitución del par de eslabones estándar. Una cadena estirada está casi a punto de terminar su duración útil. La proporción entre su longitud y la cantidad de estiramiento es importante. Si es muy larga con eslabones cortos, una cantidad insignificante de desgaste en cada pasador y buje aumentaría la holgura al grado de justificar la eliminación de ese par de eslabones. Pero, esa cantidad de estiramiento en una cadena corta, en particular si los eslabones son muy largos, sería señal de que la cadena está gastada casi por completo. Cada eslabón se alarga un poco cuando se estira la cadena y ya no acoplan con exactitud con la rueda dentada. Aunque se le devuelva la tensión correcta a una cadena muy gastada con la eliminación de eslabones, producirá un desgaste excesivo de la rueda dentada y, en consecuencia, se puede saltar. A veces, se rompen los eslabones de las cadenas de rodillos durante el trabajo, lo cual puede ser a consecuencia de un eslabón defectuoso, una sobrecarga de choque, el desgaste normal o por fricción contra algún objeto estacionario. Se debe tener a mano unos cuantos eslabones de repuesto, para volver a poner en servicio una máquina en pocos minutos, en vez de tener que esperar una semana, hasta que se consiguen las piezas. Los eslabones se pueden obtener con el distribuidor del equipo o el representante de quien los fabrica. Los eslabones rotos, a menudo, son señal de un desgaste severo. Si están

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Figura 1-31. Tensión de la cadena de rodillos. muy gastados, es probable que se necesite una cadena nueva. Es muy posible que una cadena vieja con unos cuantos eslabones nuevos tenga vibración y pulsaciones, excepto a bajas velocidades. Esto no es fácil de notar en las cadenas de transmisión de las orugas, o el mecanismo de ataque de una pala, pero casi siempre se notaría en la transmisión de una pala. Por lo general, no costea tratar de prolongar la duración de una cadena de rodillos con pasadores y bujes nuevos, pues el costo puede ser tan alto como el de una cadena nueva. Por lo general, una cadena silenciosa se puede reparar con el empleo de pasadores nuevos si el estiramiento es menor del 1.5%. Este trabajo lo debe hacer el taller del distribuidor, pues se requieren he-

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rramientas y equipo especial no disponibles en muchos talleres. Los dientes de las ruedas dentadas se gastan por el contacto con la cadena. Cuando la cadena está gastada, los dientes experimentan un cambio definido en su configuración y no acoplan en forma correcta con la cadena. Por ello, una cadena nueva instalada en ruedas dentadas viejas, quizá sólo tenga la mitad de duración que la original. Por tanto, es aconsejable cambiar las ruedas dentadas cuando se cambie la cadena, pero se debe tener en consideración las condiciones de las ruedas dentadas, el costo de unas nuevas, la mano de obra, el tiempo muerto requeridos para sustituirlas y el valor de la máquina. Por esas mismas razones, una rueda dentada nueva utilizada con una cadena vieja tendrá corta duración. Lubricación. No se debe lubricar una cadena de rodillos que trabaja a baja velocidad en lugares en donde se puedan acumular polvo y mugre. La grasa y el aceite recogen arena y tierra y forman un compuesto abrasivo. Esa cadena debe funcionar seca y, de vez en cuando, se debe desmontar para lavarla con combustible diesel o keroseno. La cadena de ataque de una pala se mueve con demasiada rapidez y no debe funcionar seca. No llega a bajar hasta el suelo, pero en muchos trabajos le llega una lluvia continua de polvo y no es práctico alojarla en una caja. Para lubricarla se le aplica aceite o grasa con brocha, ya sea dos veces al día o una vez a la

semana, según las condiciones de trabajo. Las cadenas en los motores de combustión interna y en las transmisiones funcionan dentro de cajas y se lubrican por inmersión parcial en un baño de aceite. También puede hacerse rociando aceite con una bomba. Las cadenas silenciosas siempre funcionan dentro de cajas y con lubricación, y se inutilizarían muy pronto si están expuestas al polvo o la mugre. El aceite que lubrica una cadena de rodillos no es el que se ve en la superficie, sino el que está entre los manguitos y pasadores y entre los rodillos y los manguitos. Debido a que debe penetrar y mojar bien, suele ser preferible un aceite delgado, pero, en ocasiones, se obtiene una buena penetración con aceites un poco espesos y con grasas delgadas. Sin embargo,

Figura 1-32. Transmisión con cadena silenciosa en una pala. (Cortesía de American Hoist & Derrick Co.)

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Figura 1-33. Transmisiones con cadenas de rodillos en una zanjadora. (Cortesía de Gar Wood Industries.)

hay que tener cuidado, pues no tiene caso que el exterior de la cadena se vea bien lubricado, si el interior está seco. Las cadenas de rodillos no son adecuadas para alta velocidad porque no hay forma de hacer entrar aceite de manera continua entre las superficies de pasadores y bujes y de bujes y rodillos. Si la cadena funciona a demasiada velocidad o si el aceite es muy espeso para penetrar o muy delgado para lubricar, la fricción por deslizamiento entre el pasador y el buje puede producir tanto calor como para que las uniones de la cadena se suelden entre sí, en lo que se llama ludimiento.

A veces, es un tanto complicado lubricar las cadenas silenciosas cuando trabajan a alta velocidad. Por fortuna, el mecánico no se tiene que preocupar por las complicaciones de diseñar un sistema de lubricación; sólo tiene que saber que hay uno y que está funcionando. Pero debe conocer lo que es. Por ejemplo, con una combinación de baño de aceite y chorro a presión, la lubricación no es adecuada si la bomba falla y la cadena se lubrica sólo en el baño. Cuando se hace un nuevo diseño del equipo, en el cual la cadena funcionará a más velocidad, los ingenieros del fabricante se encargan de comprobar si la lubricación es adecuada para esa velocidad.

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El lubricante para las cadenas silenciosas es aceite mineral sin detergentes, que puede incluir inhibidores de espuma y de herrumbre y aditivos para mejorar la resistencia de la película. Los aceites espesos y las grasas sólo se usan en condiciones excepcionales. Los aceites multigrado, los aceites para engranes y los lubricantes para extrema presión no se emplean para nada. Para los motores de los vehículos son adecuados los aceites con clasificación Para Servicio ML del API. La viscosidad debe ser SAE 20 para temperaturas ambientes hasta de 40°F, SAE 30 entre 40°F y 100°F y SAE 40 para temperaturas más altas. Orugas. Las orugas son un tipo especial de cadena de rodillos. Hay dos tipos principales. Para hacer las orugas con zapatas articuladas, descritas en el capítulo 19, se montan zapatas o placas en una banda sinfín por medio de pasadores de bisagra. Se utilizan en la mayor parte de las máquinas que no dependen del empuje contra el suelo para su fuerza de trabajo. Los tractores sobre orugas (carriles) y un número creciente de palas y otras máquinas tienen zapatas separadas atornilladas en cadenas de rodillos. Esta construcción se describe en el capítulo 17. Las orugas de caucho (hule) que se utilizan en máquinas ligeras y veloces, son una adaptación de las bandas que se describen a continuación. Se tiende una banda ancha de caucho,

reforzada con cables de acero alrededor de las ruedas para las orugas. La rueda impulsora la mueve mediante el acoplamiento de los dientes con placas metálicas vulcanizadas en el caucho o por la fricción de ranuras contra los bordes en forma de V del caucho.

TRANSMISIÓN POR BANDAS (CORREAS) Las bandas (correas) flexibles, hechas con tela y caucho y, en muy raros casos, de cuero, se utilizan mucho para transmitir potencia entre ejes paralelos. Esas transmisiones son fáciles de proyectar y suelen ser de un precio relativamente bajo. Absorben los choques, son más baratas, más fáciles de instalar y darles servicio que a las cadenas, pero no durarán tanto ni soportarán cargas tan pesadas, además de que no se pueden emplear cuando se requiere una sincronización exacta del movimiento. Una banda se estirará con una tracción fuerte y volverá casi a su tamaño original al liberarla. Con ello, se logra tener bandas que absorben los choques y dan cierta protección a la máquina. Una banda sobrecargada, por lo general, se patinará (resbalará) y actuará como una especie de embrague de seguridad para evitar daños. Sin embargo, este patinaje hace impráctico utilizar bandas en la mayor parte de las aplicaciones de alta potencia. Poleas. Una banda se mueve alrededor de dos o más poleas. Las que están en contacto con el interior de

Transmisión de potencia

la banda girarán en un solo sentido. Cualquier polea que esté en contacto con el exterior de la banda girará en sentido opuesto, en la misma forma que las ruedas dentadas con cadenas de rodillo. Una de las poleas en cualquier sistema de bandas debe ser ajustable, pues las bandas se desgastan y estiran y hay que apretarlas en forma periódica, al mover las poleas para separarlas entre sí. Si la polea se puede mover con rapidez y fijarla en las posiciones en donde quede apretada o floja, se puede emplear como si fuera un embrague. Si está floja, la polea girará dentro de la banda sin moverla, pero al apretarla la fricción hará que las dos giren juntas. Si dos poleas en cualquier sistema de bandas son de diferentes tamaños, la más grande girará con mayor lentitud. Mediante la selección adecuada de tamaños de poleas se puede hacer que el eje impulsado gire con mayor o menor velocidad que el eje impulsor o el eje de salida del motor de combustión interna. Una transmisión por bandas debe permitir diversas relaciones de velocidad. Se montan poleas de diferentes tamaños una junto a la otra en el mismo eje y se desplaza la banda de una polea a otra según se requiera. O bien, una polea trapezoidal (en V) puede tener un lado movible que cuando se desliza hacia dentro hará que la banda se mueva a una polea más grande y gire en un círculo más grande. Una banda se deforma cuando pasa alrededor de una polea, pues es más gruesa en el lado sin carga que

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en el lado con carga, como se muestra en la figura 1—34. Bandas planas. Las bandas planas son de dos tipos: sin fin o bien una tira plana formada en un círculo cerrado con un pasador introducido por juegos de aros de alambre montados en los extremos. Un abultamiento central en la polea plana ayuda a mantener la banda en su lugar. La fuerza centrífuga tiende a lanzar la banda hacia fuera, por lo cual se sube en el diámetro mayor de la polea y permanece allí. Esta construcción produce más esfuerzo en el centro de la banda que en los lados. Salvo que las poleas estén bien alineadas entre sí, con sus ejes de giro paralelos entre sí y perpendiculares al sentido de avance de la banda, entonces la banda patinará, en especial cuando se trata de cargas pesadas. Su tensión debe ser mayor que la de la banda trapezoidal para evitar el patinaje. Al instalar una banda plana o al colocar una que se ha saltado, primero hay que cortar la corriente. Enrolle la banda alrededor de la polea o poleas más difíciles de alcanzar. Em-

Figura 1-34. Cambio en la forma de una banda.

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

pújela contra la parte superior de la última polea mientras gira ésta para separarla de la banda, para que arrastre la banda consigo. Por lo general no es necesario aflojar el ajuste para volver a colocar la misma banda. Las bandas planas son más baratas que las trapezoidales y, por lo general, duran más porque su configuración reduce la fricción interna, pero necesitan mucha más atención. Se las prefiere cuando el trabajo se hace con una máquina que no es la máquina motriz, por ejemplo, una polea en un tractor que impulsa una revolvedora (mezcladora) de concreto, una sierra circular o una bomba. Al darle media vuelta entre las poleas, permanece en su lugar. Bandas transportadoras. Las bandas transportadoras son anchas y planas para transportar tierra u otros materiales. No hablaremos de ellas en este libro. Bandas trapezoidales. La banda trapezoidal o en V, es lo más común para impulsar accesorios de montaje permanente, de carga ligera, como ventiladores, generador o alternador, o bombas de agua. La banda trapezoidal, por lo general, consta de cuerdas de material

Figura 1-35. Banda forrada reforzada.

textil impregnadas y recubiertas con caucho o con tela tejida ahulada. Las poleas para estas bandas tienen cejas altas y con pendiente fuerte para que la banda no se suba por ellas. La fricción impulsora se produce por completo en los lados de la banda y es muy eficaz por la acción de cuña de la parte cónica de la banda. Los lados de la banda se desgastan y adquieren una forma cóncava. Algunas bandas se fabrican cóncavas en vez de tener lados lisos. Las bandas trapezoidales son de sección transversal pequeña para reducir al mínimo la fricción interna y el calentamiento. Cuando hay que transmitir una potencia que sea demasiada para la resistencia física de la banda, entonces se utilizan otras dos, o más, montadas en ranuras paralelas en las mismas poleas. Esas bandas deben ser de las mismas dimensiones, o la que esté demasiado apretada soportará gran parte de la carga y el resultado serán esfuerzos, patinaje y desgaste rápido. Debido a que las bandas se estiran con el uso, cuando se rompe una banda hay que cambiar todo el juego. Las bandas forradas o dentadas tienen una serie de ranuras en la superficie interna, lo cual las hace más flexibles, con una mayor adherencia a las poleas y reducción de la fatiga, y con ello duran más. Son especialmente adecuadas para trabajo pesado en poleas pequeñas, y se recomienda siempre que haya un acentuado problema de patinaje. Una transmisión por banda se puede patinar, debido a que se forma una

Transmisión de potencia

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Figura 1-36. Bandas en un motor de combustión interna. (Cortesía de International Harvester Co.)

cristalización resbalosa en las superficies de la banda y la polea. En ocasiones esta cristalización se puede eliminar con un trapo mojado con gasolina (tomando las debidas precauciones) o con la pulverización con tierra de batán. Ajustes. Las bandas trapezoidales se fabrican con diversas inclinaciones en los lados. Si una se ensancha más que la ranura de la polea, sólo habrá contacto en las esquinas superiores de la banda. Con ello se

produce mala adherencia que puede ocasionar grave deformación de la estructura de la banda, desgaste excesivo en las esquinas y daños en la ranura de la polea. Si la banda no se ensancha al mismo tamaño que la ranura de la polea, se producirá un fuerte roce en las esquinas inferiores, con los mismos resultados antes descritos. Si la ranura es demasiado ancha o con muy poco fondo, la banda descansará en el fondo, con lo cual perderá el efecto de cuña de los costados. Esa

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banda requerirá de una tensión excesiva, y perjudicial para reducir o evitar el patinaje. Si la banda es muy amplia en la parte superior, de modo que roce parcialmente fuera de la ranura ésta tenderá a girar, y el forro se desgastará con rapidez en el punto superior de contacto. Una superficie áspera o irregular en la ranura de la polea producirá mala adherencia de la banda y un posible desgaste rápido. Muchas veces se puede alisar con una lima fina, una piedra de afilar o con papel de esmeril. Los salientes en la superficie de la polea cortarán la banda con rapidez, porque se arrastra y cambia de configuración a medida que gira en tomo a la polea, y hace que se deslice a lo largo de la superficie. Instalación. Para instalar una banda trapezoidal mueva la polea de ajuste lo más que se pueda hacia dentro. Ponga la banda en la ranura de la polea menos accesible o en la que sea más difícil de hacer girar. Luego, trate de correr la banda sobre la última polea. Si no se desliza con facilidad, tire o empuje lo más posible y gire la polea para enrollar la parte instalada. Si por alguna razón no se puede girar la polea, se puede utilizar un desarmador, con mucho cuidado para no dañar la banda, para hacerla entrar en la ranura. Cuando la banda ya quedó en las ranuras de todas las poleas del sistema, se mueve hacia fuera la polea de

ajuste hasta que la banda tenga una ligera tensión y fije la polea. La tensión correcta, por lo general, permite empujar el centro de una sección de la banda hacia dentro, alrededor de 1 in por cada pie de tramo, sin soporte entre dos poleas. Para trabajo pesado, tal como la transmisión para tracción en una máquina pequeña, la flexión debe ser sólo de Vfc in por pie del tramo o claro. En un motor con tracción delantera impulsada por el cigüeñal, quizá haya que desarmar muchas piezas para instalar una banda de ventilador normal, o bien, puede tener una mordaza bajo carga de resorte que se puede empujar hacia el frente o atrás, de tal modo que se pueda deslizar la banda del ventilador por la abertura. A veces, es posible conseguir bandas con un acoplamiento que se puede abrir para hacer la instalación, y se cierra después de colocar la banda en la polea.

VIBRACIÓN Si un objeto giratorio tiene más peso en un lado de su eje de rotación que en el otro, vibrará si gira a una velocidad suficiente para que se note la diferencia. En general, la vibración aumenta según la cantidad de desbalanceo (desequilibrio) y la velocidad de rotación. La vibración se suma en forma de golpeteo al efecto de la fricción y puede reducir mucho la duración de los bujes de metal blando aunque el mayor daño que produce consiste en la cristalización y rotura de las piezas

Transmisión de potencia metálicas, además de que puede ser causa de que se aflojen las diversas sujeciones, a veces puede tener un efecto deseable, ya que aumenta la penetración o el flujo del lubricante en conductos obstruidos. Cada máquina tiene su vibración normal. Si aumenta mucho, es que algo anda mal y se debe revisar.

INERCIA La inercia es la resistencia al movimiento que presenta un cuerpo y la tendencia de un cuerpo en movimiento a continuar su movimiento en línea recta. La inercia sólo se puede contrarrestar con la aplicación de fuerza. La cantidad de inercia depende directamente de la masa (peso) del objeto. Es mucho más difícil iniciar la marcha y detener un camión cargado que uno vacío. En el equipo pesado, la inercia de las máquinas y piezas estacionarias se suele contrarrestar con la potencia del motor; en las máquinas movibles, mediante fricción, ya sea natural, o artificial, la cual es producida por la aplicación de frenos. Además, hay piezas giratorias, en las cuales se impide que salgan disparadas en línea recta sólo por la resistencia del material del que están hechas. En este último caso, la mayor parte de la inercia se conserva en el movimiento de rotación, de modo que un volante pesado continúe su rotación junto con la del cigüeñal, mucho tiempo más que un volante ligero, el cual se detiene antes debido a la fricción y la compresión en los cilindros.

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Si un objeto está detenido, por lo general se aumenta su inercia por fricción. Si está en movimiento, la inercia se convierte en calor por la fricción, hasta que se detiene el movimiento.

FUERZA CENTRÍFUGA Debido a que el movimiento libre de los objetos es en línea recta, cualquier objeto que avance en una curva, saldrá de ella en una línea recta, llamada tangente, si se queda suelto. La fuerza centrífuga es aquella que ejercen los objetos cuando tratan de salir de la curva y seguir su avance en línea recta. La fuerza centrífuga aumenta con la velocidad y también con lo pronunciado de la curva. Las partículas que se hallan en el borde de un volante se mueven con más rapidez que las cercanas al centro, pero no se mueven en una curva tan cerrada ni tan pequeña, por lo cual el efecto centrífugo puede ser similar en todas las partes. Si se acelera la rotación de una pieza hasta que la fuerza centrífuga sea mayor que su resistencia física, esa pieza se desintegrará. Algunos embragues de camiones se pueden "reventar" a unas 6000 a 8000 rpm, mientras que un turbo cargador gira sin ningún peligro a 75 000 rpm. Es peligroso hacer girar piezas a una velocidad mucho más alta que para la que fueron diseñadas. La rueda abrasiva de una esmeriladora eléctrica se puede despedazar si se emplea para un trabajo fuerte mientras está fría, pues la parte exterior se calienta y tiende a separarse

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de la interior con lo que se debilita, hasta que la fuerza centrífuga la despedaza. Cuando utilice una rueda abrasiva de alta velocidad, póngase siempre a un lado. El embrague de un camión se puede destruir si se "descuelga" en una

bajada con la transmisión en primera o en reversa y con el pedal del embrague oprimido. Con ello, las piezas del embrague girarán a una velocidad muchas veces mayor que la velocidad máxima del motor.

Preguntas de repaso del capítulo 1 Al final de cada capítulo se ha incluido un repaso para comodidad de quienes utilizan este libro. Muchas de estas preguntas son enunciados o frases incompletas que se resuelven escribiendo la palabra o las palabras necesarias. Las respuestas aparecen al final del libro, después del índice. 1. ¿Cómo se logra casi todo el incremento en la fuerza? 2. ¿Qué tipo de engrane se utiliza en la mayoría de los diferenciales? 3. ¿Cuál es el límite normal de reducción o multiplicación que se obtiene con una cadena silenciosa? 4. Cada ranura en un eje estriado es semejante a ________________ . 5. Si una tracción de 8 lb eleva un peso de 80 lb, ¿cuál es la VM obtenida? 6. Los dientes en un engrane helicoidal están cortados ___________. 7. Los tornillos prisioneros se emplean casi siempre para _______ 8. Una cadena de rodillos que trabaja a baja velocidad en donde hay mucho polvo no debe tener _______ 9. Una banda de transmisión sobre cargada, por lo general ________ 10. ¿Cuál es la presión que aplica una fuente de energía?

11. Si un engrane es un cilindro largo con dientes en espiral, se llama _ 12. Una cadena de rodillos tipo están dar tiene dos tipos de ________. 13. ¿Con qué es proporcional la relación de velocidad de los engranes acoplados? 14. El cigüeñal convierte el movimiento alterno en movimiento ______ 15. Para ajustar las cadenas de rodillos, por lo general se mueve una _ 16. ¿Cómo se llama a la palanca, la po lea, la cuña y el tomillo? 17. Todas las partes de una palanca se mueven en ___________________ 18. Los eslabones rotos en una cadena suelen ser síntoma de ________ 19. Dos poleas en el interior de una banda girarán en _____________. 20. ¿Entre qué transmiten la potencia los engranes de dientes rectos?

2 Fricción, cojinetes y lubricación Fricción CARACTERÍSTICAS La fricción es la resistencia al movimiento de cuerpos o materiales que están en contacto entre sí. Los sólidos, los líquidos y los gases están sujetos a fricción, pero es mayor entre los sólidos. La fricción convierte la energía en calor. Por lo general, la energía se produce para efectuar trabajo útil y las pérdidas por fricción reducen la capacidad de trabajo en cierta situación, ya sea arrastrar una carga en una pendiente o hacer girar una tuerca con una llave. Además, los materiales en donde se produce rozamiento suelen desgastarse y el calor puede producir serios daños. Pero la fricción es también útil y necesaria. Sin fricción, los neumáticos no se pegarían al camino, los embragues no podrían transmitir potencia y los frenos no tendrían ningún efecto.

El diseñador de maquinaria y el mecánico deben tener en cuenta la fricción en tres aspectos. Primero, hay que reducirla o eliminarla en donde no tiene ninguna utilidad. Segundo, la fricción útil se debe regular y controlar para que haga su trabajo con eficiencia. Tercero, se deben tomar todas las precauciones necesarias para controlar el desgaste y reducir los daños por calor debidos a la fricción útil o la inútil. Este trabajo es delicado. Los tipos de fricción inútil o fricción por arrastre que se deben reducir pero no pueden eliminarse son: la rotación de un eje dentro del cojinete, el contacto entre los engranes acoplados y el flujo de líquido hidráulico en los tubos o mangueras. La fricción que se puede eliminar es el arrastre de un freno suelto o el rozamiento de un neumático contra una salpicadera (guardabarros) u otra parte fija. Por lo general, la fricción útil en un freno o en un embrague se regula

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Figura 2-1. Coeficiente de fricción. (Cortesía de American Brakeblok.)

para dar un movimiento suave, desde la posición desacoplada totalmente suelta, pasando por una fase de arrastre o patinaje y hasta llegar a una posición acoplada por completo. La falta de un movimiento suave puede ocasionar trabazón o tironeo (jaloneo) molestos para el operador y dañinos para la máquina. Cuando el componente no se desacopla y/o no se acopla por completo, resulta inútil. A menudo se requieren ajustes muy precisos. Los siguientes factores influyen en la cantidad de fricción: Tipo de superficies Tipo de contacto Lubricación Presión o carga Superficie de contacto Velocidades Esfuerzo cortante o de desgaste Superficies. Las superficies varían en su material y su textura. El hielo es siempre más o menos resba-

loso y produce poca fricción. La arenisca no es resbalosa y produce elevada fricción cuando se deslizan objetos a lo largo de ella. Pero el hielo se puede volver áspero para tener una adherencia razonable y la arenisca se puede pulir para dejarla tan lisa como el vidrio. Aunque la arenisca nunca podrá hacerse tan resbalosa como el hielo. El efecto de la textura en la fricción es máximo cuando ambas superficies tienen una cantidad similar de aspereza. Es más difícil frotar entre sí dos hojas de papel de lija grueso que dos de delgado o fino. Pero hay poca diferencia entre el grueso y el fino cuando se frotan a lo largo de una superficie de acero tersa. La tendencia de una superficie a producir fricción se llama "coeficiente de fricción". Encontrará este término con más frecuencia en las especificaciones del efecto de frenaje de diversas balatas de freno al oprimirlas contra los tambores de acero. En los coeficientes siempre se deben considerar ambas superficies de fricción; aunque para evitar confusiones se utiliza alguna superficie estándar en una y con la otra superficie se mide la fricción contra la primera. Los principales tipos de contacto son deslizable y rotatorio. Este último, por lo general, produce menos fricción. Una silla se moverá con más facilidad sobre un piso de madera si tiene carretillas. La ventaja del contacto rotatorio es máxima cuando las superficies son de tipos de alta fricción. Un piso con una superficie de papel de lija dificultaría mucho arrastrar una silla con patas norma-

Fricción, cojinetes y lubricación

les, pero tendría poco efecto en las carretillas o rodajas. El contacto rotatorio puede producir alta resistencia si la rotación no es en el sentido del movimiento, si los obstáculos son más altos de los que puede cruzar con facilidad un rodillo o si el rodillo no está libre para girar. Los rodillos o ruedas duras pueden trabarse por algún obstáculo pequeño como se ve en la Fig. 2-2. Carga. La presión o carga tiene un efecto importante en la fricción. Cuanto más apretadas están dos superficies entre sí al tratar de empujarlas, más difícil será mover una sin mover la otra y, por lo tanto, mayor será la fricción en cualquier movimiento que ocurra. Además, la presión tiende a deformar (cambiar la forma de) una o ambas superficies en contacto, por lo general, en una forma que aumenta la fricción y produce obstáculos. La acción de un neumático de camión en un camino de tierra apisonada, cuando el camión está cargado o sobrecargado, produce un rebajo o depresión en el camino, con lo cual el neumático siempre está en la posición de tener que subir una pendiente para poder seguir su marcha sobre el camino plano. Zona de contacto. La fricción, por lo general, aumenta de acuerdo con la superficie de contacto. Un trompo puede girar algunos minutos si tiene punta afilada, pero se detendrá en cuestión de segundos si la punta está roma. Sin embargo, la superficie debe ser lo bastante grande para soportar la carga. Un trompo

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Figura 2-2. Cómo traba la mugre un cojinete. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

con punta de aguja se hundiría en una mesa de madera y produciría alta fricción. Un cojinete demasiado pequeño se dañará por desgaste, se sobrecalentará y se romperá. Los cojinetes de tamaño menor (bajomedida) suelen ser un factor importante en los problemas de servicio de un equipo construido para competir en precio. En ocasiones es posible instalar cojinetes de mayor capacidad durante el reacondicionamiento. Velocidad. La velocidad del movimiento entre dos superficies se refleja en el calor y desgaste ocasionados por la fricción. Una alta velocidad requiere de buenos cojinetes así como lubricación constante y eficaz y, también, muchas veces, un método para enfriamiento. El cubo de rueda de un carro pequeño tirado por un caballo se podía lubricar con manteca o incluso con jabón y si se dejaba secar tendría un rechinido constante durante mucho tiempo sin que hubiera daños importantes. Pero los metales de cojinete de un motor que gira a 2000 rpm necesitan un suministro constante de

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

la cantidad precisa de aceite y si no la reciben, aunque sea unos cuantos segundos, se puede inutilizar por completo. La presión y la velocidad actúan juntas para aumentar el calor y otros daños por fricción. Busque siempre si hay sobreesfuerzo en el tren propulsor de los camiones que circulan a alta velocidad y con sobrecarga.

El resultado final de la fricción es la trabazón y la pegadura. El calor de la fricción o la falta de enfriamiento pueden hacer que un pistón se dilate dentro de su cilindro o un eje en su cojinete y que se aprieten, con lo cual la resistencia se vuelve tan fuerte que fuerza o hace parar un motor. Esta trabazón produce rayaduras y después pegaduras.

Rayaduras. La fricción puede llegar a ser lo bastante severa al grado de que las dos superficies se corten y desgarren entre sí. En condiciones menos severas, las partículas de suciedad u otros cuerpos extraños atrapadas entre las superficies las cortarán y se enclavarán en ellas. En cualquier caso ocurrirán raspaduras y rayaduras disparejas. Este desgaste se llama rayadura. La resistencia producida por el corte o desgarramiento de un material no es, en realidad, fricción pero no se puede establecer una división definida, por lo cual las dos resistencias casi siempre se consideran como una sola. Una pieza rayada, por lo general, se inutiliza. Si su costo es elevado, se debe rectificar, —como por ejemplo los cilindros de un motor que no tienen camisas—. Casi siempre se pueden evitar las rayaduras con lubricación, enfriamiento y ajustes correctos. Las rayaduras también pueden ocurrir cuando se instalan o desmontan a presión engranes o cojinetes en los ejes. La lubricación es una precaución básica pero, además, puede ser necesario calentar la pieza externa o enfriar la interna con hielo seco.

Fricción en líquidos. La fricción dentro y en los linderos de líquidos y gases puede desperdiciar cantidades considerables de potencia y perjudicar mucho la eficiencia de las máquinas. Para mantenerlas al mínimo se deben tener configuraciones adecuadas de las superficies sólidas que alteran el flujo, con el empleo de tubos y mangueras de tamaño suficiente para conducir su carga y con la limi-

* Adaptada de Schramm Data SheetC-50B " Copiada de Schramm Data Sheet C-5OB

Figura 2-3. Datos de caída de presión de aire. (Cortesía de Schramm, Inc.)

Fricción, cojinetes y lubricación

tación de la velocidad, presión y distancia siempre que sea posible. Se aplican los mismos principios generales al movimiento de líquidos confinados, aunque su pérdida por fricción es algo mayor y la viscosidad (espesor) del líquido influye en ella. El aceite espeso y frío necesitará más potencia para bombearlo que cuando está caliente y se adelgaza. La fricción es el factor que limita la longitud de los tubos y mangueras de descarga de las dragas hidráulicas como se muestra en la figura 2-4. En la figura 2-3 se muestra la caída de presión del aire comprimido que fluye por tubos y conexiones. Note que para cualquier volumen dado de aire, la fricción se reduce cuando los tubos son más grandes. Con un

Tamaño de draga

Material pesado

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Material ligero

6 in

800 ft

1500 ft

8 in

1000 ft

1800 ft

10 ¡n

1400 ft

2500 ft

12 in

1800 ft

4000 ft

16 in

3500 ft

6000 ft

Figura 2-4. Longitud de tubos de descarga de dragas.

tubo de tamaño suficiente, la fricción es ligera y carece de importancia. Se debe tener en cuenta que las conexiones, aunque sólo midan dos pulgadas de longitud, pueden producir tanta resistencia como un tramo de tubo recto muchas veces más largo. Esto se debe a que las superficies internas irregulares producen remolinos en la corriente de aire que consumen potencia.

Cojinetes Cuando un engrane o una rueda giran sobre un eje o un eje gira dentro de sus apoyos, se debe utilizar un cojinete. Un cojinete es una pieza desmontable, reductora de la fricción que se sujeta con firmeza en un objeto y permite el movimiento de otro. Hay dos tipos: uno se llama buje o casquillo de una pieza. El otro, llamado cojinete antifricción tiene dos pistas o anillos separados por bolas o rodillos giratorios. Los cojinetes reducen la fricción, suministran la lubricación y se pueden sustituir cuando están gastados a un costo mucho menor que sustituir un eje completo u otra pieza grande.

Los cojinetes antifricción son los mejores para muchas aplicaciones. Tienen menos fricción, se pueden lubricar con más eficiencia, tienen mayor duración y mantienen una alineación más exacta de las piezas. Sin embargo, son más costosos, se pueden dañar por la herrumbre en máquinas que están paradas mucho tiempo, requieren más espacio que los bujes y en los cigüeñales sólo se pueden instalar en los extremos.

BUJES (CASQUILLOS) No hay una diferencia definida entre un buje o una chumacera de camisa;

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por ello, se les llamará bujes en esta descripción. Un buje es un cilindro hueco que se instala entre un eje y sus apoyos o entre un engrane, polea o rueda y eje en el cual giran. Por lo general se instalan en el elemento externo. Casi todos los bujes se hacen con un metal blando. Algunos de los más comunes son babbit, metal blanco, bronce, latón, aluminio y del tipo oilite. Tienen diferentes características para distintos servicios. Pueden ser laminados, por ejemplo, con una superficie de fricción de aluminio y un respaldo de acero. Si los bujes se mantienen limpios y bien lubricados, reducen la fricción y absorben la mayor parte del desgaste producido por la rotación del eje o de la rueda. Un buje se puede sustituir cierto número de veces antes de que se necesite reparar o sustituir un eje o el apoyo del buje. También hay bujes de acero duro cuya única función es proteger el apoyo o soporte contra daños producidos por el eje. Se suelen utilizar en donde los ejes no dan revoluciones completas (por ejemplo, en los pasadores de bisagra del cucharón de una excavadora) o cuando giran con mucha lentitud. Pueden o no tener lubricación. Ajuste. Los bujes suelen estar apretados o a presión en la caja o el elemento externo, con una holgura entre 0.0005 in y 0.005 in en el eje o el elemento interno. Para la rotación a alta velocidad o cambios frecuentes en el sentido de la carga, se necesita mínima holgura. La regla empírica señala sustituir el buje o un metal de

Figura 2-5A. Bujes (cojinetes de camisa). cojinete cuando la holgura se vuelve el doble de la que tenía cuando estaba nuevo. El ajuste apretado en la cavidad puede ser sólo con los dedos o con la mano, o bien, puede ser un ajuste a presión o de interferencia, y en éste el diámetro exterior del buje es de unas cuantas milésimas mayor que la cavidad o agujero en que se monta. El ajuste a presión le da mejor soporte al buje y evitará que gire en la cavidad si la falta de lubricación hace que se pegue en el eje. Es muy posible que la rotación en la cavidad de una caja o una pieza produzca tanto desgaste, que se deba cambiar la pieza completa.

Fricción, cojinetes y lubricación

Instalación y desmontaje. Un buje se daña con facilidad por el manejo brusco o incorrecto, pero un daño pequeño no siempre lo inutiliza. Más adelante en este capítulo se describen el desmontaje y los métodos para manejo de cojinetes, pero a continuación se describirán los principios básicos. El primer paso al instalar un buje es comprobar que las superficies interna y externa estén limpias y sin daños. La mugre entre el buje y su apoyo dificultará mucho instalarlo y puede permitir que se afloje cuando la mugre se enclava en el metal. La mugre entre el buje y el eje se enclavará en ambos. Un buje que se puede deslizar con facilidad en su cavidad o agujero, suele estar muy flojo. En tal caso, hay que rectificar el agujero para agrandarlo e instalar un buje de sobremedida o una camisa alrededor del buje existente. Si el buje es para instalación a mano, ofrecerá una pequeña resistencia al colocarlo. En tal caso, utilice un tramo de madera o fibra que permita empujarlo sin rasparlo y empuje o dé unos golpecitos con un martillo. Si la pieza está fuera de la máquina, es mucho más fácil y preferible instalar el buje con una prensa. Es esencial que cualquier agujero para lubricación en el buje, alinee con el que hay en la caja o cavidad. En ajuste de interferencia, si se aplica demasiada fuerza al instalar, puede aplastarse el buje. Para evitar esto, coloque un eje o una sección de eje que sea unas pocas milésimas más pequeño que el diámetro interior

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Las holguras de cojinetes deben ser correctas

Resultados de holgura insuficiente

Figura 2-5B. Holguras de metales de cojinetes. (Cortesía de Waukesha Motor Co.)

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del buje, antes de aplicar la presión. Para los agujeros ciegos se necesita obtener o hacer un adaptador especial para instalar a la profundidad correcta. Para extraer un buje montado en el exterior de una pieza, se expulsa con la ayuda de un eje o un tubo de diámetro un poco menor que el diámetro interior del buje.

Montaje abierto

Montaje ciego o cerrado

Figura 2-6. Montaje de los bujes.

Los bujes montados en agujeros ciegos, por lo general, se extraen con un extractor de cojinetes como se describe en el capítulo 11. Otra posibilidad es llenar el agujero ciego hasta la mitad con aceite, introducir un eje que tenga ajuste deslizable sin holgura y darle un martillazo fuerte al eje. Por lo común, hay suficiente espacio detrás del buje para que la presión del aceite lo expulse. Si el eje queda holgado, no se producirá la presión y usted puede recibir la salpicadura del aceite. Un buje que se quedó pegado en su lugar se puede cortar con una sierra para agujeros, un taladro o un cincel. Tenga cuidado de no dañar la cubierta; si se raya, púlala para alisarla antes de tratar de instalar el nuevo buje. Cuando se necesita gran exactitud, se pueden obtener bujes con diámetro interior en bajomedida que, después se mandan a rectificar a un taller mecánico una vez instalados en la caja. Los bujes que deben quedar apretados en el eje y no en la cubierta se instalan o expulsan con un tramo de tubo. Los bujes se pueden fijar contra rotación con espigas o cuñas. Antes de tratar de extraerlos, observe con cuidado la pieza y consulte el manual de taller para ver si es de ese tipo. Si tiene espiga, primero hay que sacarla; la cuña saldrá junto con el buje. Metales de cojinete. Los cojinetes que se van a instalar en un apoyo o cubierta y una tapa separadas, son del tipo dividido, separados en senti-

Fricción, cojinetes y lubricación

do longitudinal. Esto facilita la instalación, pues no hay que deslizados a lo largo del eje para ponerlos en su lugar. En algunas máquinas antiguas puede haber cojinetes completos y hay que desmontar los engranes para sacarlos. A veces, se puede ahorrar trabajo si se cortan y se instalan metales de cojinete. Un buje se instala en el componente externo, sea estacionario o giratorio, pues es más fácil fijarlo contra rotación en el exterior; la velocidad en el interior es un poco menor que en el exterior por el diámetro más pequeño. Los cojinetes principales y de biela en un motor tienen estos metales de cojinete de dos piezas, llamados a veces insertos o engastes. Es posible ajustar los metales de cojinete, quitando los suplementos (lainas) colocados entre los apoyos. Inspección. Si el buje está visible o si se puede ver después de quitar algunas tapas, es fácil comprobar si hay desgaste. Si el espacio entre el buje y el eje cambia cuando varían la carga o el sentido de rotación, o bien, si se expulsa y se vuelve a succionar la grasa cuando gira el eje, hay holgura que puede o no ser seria. Para detectar el juego en un buje se puede empujar el eje con una palanca. Si el buje está flojo en la cubierta, se debe sustituir por otro de mayor medida (sobremedida) o habrá que cambiar la cubierta y el buje como conjunto. Para obtener un ajuste temporal en una cavidad agrandada, se puede ensanchar o moletear el ex-

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Figura 2-7. Metales de cojinetes (insertos o engastes). (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

terior del buje, pero se aflojará muy pronto en servicio pesado. Algunas veces una parte o toda la holgura está en el eje, en este caso, se debe sustituir o rectificarlo a un diámetro menor para instalar un buje especial de bajomedida. Cualesquiera raspaduras en el eje cortarán y desgastarán el buje y se deben eliminar con tela de pulir ("crocus") si es que no se puede sustituir el eje. Para detectar si un eje está ovalado, se lo hace girar y se coloca un dedo contra él; para mayor exactitud, se emplean un micrómetro de exteriores o un micrómetro de carátula. Si la ovalación es mayor de Vio parte de la holgura recomendada en el buje, aumentará mucho el desgaste. Lubricación. La superficie de fricción en un buje es lo bastante grande para producir un arrastre considerable en la máquina y para convertir la potencia en calor dañino si la lubricación no es adecuada. El calor produce muy pronto rayaduras profundas del eje y el buje y, en maquinarias de alta velocidad, por ejem-

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plo, en un motor, se funde el metal de cojinete. Los bujes se pueden lubricar con aceite a presión, por inmersión o salpicado o con grasa aplicada a presión. Para la lubricación con aceite o grasa a presión, el buje tiene una abertura que coincide con un conducto u otro agujero taladrado en el apoyo o caja y suele tener ranuras interiores que distribuyen el lubricante a casi todo lo ancho. Esos conductos no llegan hasta el borde para que no se escape. Los bordes deben estar redondeados; si hay un borde agudo en un conducto suele ser por desgaste.

Hay un movimiento lento del aceite o la grasa a lo largo de los bordes del buje; la grasa, por lo general, se escapa y el aceite regresa a un depósito. El suministro debe tener la rapidez o frecuencia necesarias para mantener una película de lubricante en toda la superficie de fricción. En los sistemas de salpicado o inmersión, se toma el aceite en el exterior del buje y fluye por el espacio de holgura o por conductos especiales. El metal oilite es poroso con los espacios impregnados con aceite que se escurre en forma gradual hasta una superficie de fricción. Estos bujes pueden funcionar en servicio ligero durante mucho tiempo y quizá durar tanto o más que la máquina, sin necesidad de lubricarlos. Si se les aplica grasa, cubrirá la superficie y evitará el autolubricado. Siga las instrucciones para la lubricación de este material.

COJINETES ANTIFRICCIÓN

Figura 2-8. Componentes de cojinetes de bolas. (Cortesía de Alberg Bearing Co.)

Los cojinetes antifricción suelen tener un anillo externo, llamado taza o pista, un anillo interno llamado cono o pista y cierto número de bolas (en los cojinetes de bolas) o de rodillos (en los cojinetes de rodillos) que ruedan entre las pistas y una jaula o retén que sujeta las bolas o los rodillos en su lugar. Además, pueden tener sellos o blindajes integrales para controlar la lubricación e impedir la entrada de cuerpos extraños. La pista externa es estacionaria si está montada en un soporte en un mecanismo o gira si está montada en

Fricción, cojinetes y lubricación

una rueda o un engrane. La pista interna girará junto con un eje impulsor o estará estacionaria en un eje fijo. Es importante que las dos pistas o tazas no giren al mismo tiempo, pues el cojinete producirá desgaste rápido en la superficie interna y externa. El movimiento en la máquina se controla casi por completo con la rotación de las bolas o los rodillos en las pistas y también sirven para mantener las piezas en alineación exacta. La fricción es rotatoria en vez de deslizante. Una idea un poco exagerada de la diferencia se tendrá cuando se empuja un mueble pesado, primero sin carretillas y luego con ellas. Hay cojinetes que se pueden desarmar o puede ser posible sustituir cualquiera de las tazas y la jaula y rodillos por separado. En los cojinetes de rodillos cónicos, la taza interna y los rodillos pueden ser una pieza y la taza externa la otra. El espacio dentro del cojinete se llena en forma parcial con aceite o con grasa. Éstos pueden ser permanentes, circular o deben sustituirse cada cierto tiempo. Por lo común se prefieren los cojinetes antifricción cuando se necesitan baja fricción y alineación exacta. En general, se los considera mejores que los bujes o chumaceras de una pieza. Los cojinetes antifricción sólo se instalan en piezas en donde se pueden instalar o desmontar por deslizamiento. Nunca se encontrarán, por ejemplo, en el cigüeñal de un motor, excepto en algunos motores muy grandes, en donde sirven de cojinete principal delantero y trasero.

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Los dos tipos principales son los cojinetes de bolas y los cojinetes de rodillos. Casi todos se construyen para soportar cargas radiales, es decir, el peso o la presión en ángulo recto con su eje de rotación o con el eje en que están montados. Algunos se construyen para soportar el empuje o sea una fuerza que actúa paralela con el eje y se llaman cojinetes de empuje. Los cojinetes de combinación soportan cargas radiales y de empuje. Cojinetes de bolas. Un cojinete de bolas estándar o radial tiene dos tazas o pistas de acero endurecido. La pista interna ajusta apretada en un eje y la superficie externa tiene una corredera lisa; la pista externa ajusta sin holgura en una caja, cubierta o cubo y tiene una superficie interna pulida. Entre estas pistas hay una hilera sencilla o doble de bolas (balines) de acero endurecido sujetas por un retén o jaula de metal delgado. (Véase la Fig. 2-8.) Los cojinetes de bolas de doble hilera tienen mayor capacidad de carga que los de una sola hilera del mismo diámetro exterior. El cojinete de bolas de empuje parece ser de dos piezas. Como se ilustra en la parte central de la figura 2-9, la pista que está en la parte inferior ajustaría apretada en un eje y se colocaría a presión contra una brida o un escalón. La pista superior se colocaría a presión en una cubierta. La presión ascendente contra la cubierta la absorberían las bolas para evitar fricción intensa y posible trabazón.

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Cojinete de rodillos rectos

En otro capítulo se verá la forma en que se emplean cojinetes de bolas de empuje de tamaño gigante para soportar el peso en rotación de algunas palas. Cojinetes de rodillos. Se utilizan rodillos de acero en vez de bolas que giran entre dos tazas. Hay mayor contacto de superficie y, por tanto, mayor capacidad de carga en proporción a su tamaño, pero también hay un poco más de fricción y son algo más caros.

Cojinete de bolas de empuje

Cojinetes de agujas. Éste es un tipo especial de cojinete de rodillos en el cual los rodillos son cilíndricos, muy largos y delgados y, a veces, sólo tienen la pista externa, por lo cual los rodillos (agujas) giran sobre el eje. Los extremos de la pista externa o cuerpo están curvos hacia dentro para formar un retén. La aplicación principal de los cojinetes de agujas es en sitios donde hay muy poco espacio y/o sólo hay rotación parcial. Se emplean en casi todas las uniones universales. En algunos motores de un cilindro se utilizan cojinetes de agujas divididos en la biela.

Cojinete de agujas

Figura 2-9. Cojinetes antifricción. (Cortesía de Anti-Friction Bearing Mfgs. Association.)

Cojinetes de rodillos cónicos. Estos cojinetes soportan cargas radiales y de empuje. La pista interna es cónica. La pista externa, o sea la taza, tiene una conicidad correlativa. Los rodillos también son cónicos para rodar sobre estas superficies sin rozamiento. Los rodillos suelen ser rectos, cónicos o convexos (barriles) o cóncavos con las pistas indicadas para cada tipo.

Fricción, cojinetes y lubricación

Figura 2-10. Cojinete de rodillos cónicos. (Cortesía de Anti-Friction Bearing Mfgs. Association.)

Si en una máquina se encuentra con un cojinete de rodillos cónicos es casi seguro que hay otro colocado en sentido opuesto y que se emplean una tuerca o suplementos para el ajuste. El ajuste se refleja en los dos por igual, pues la presión se transmite con la unidad que soportan. En la figura 2-12 se ilustran cuatro métodos para ajuste. Si se mueve el cono en sentido lateral a lo largo del eje actúa como cuña, aprieta los rodillos (o las bolas) dentro de las pistas si se lo mueve hacia dentro o los afloja si se lo mueve hacia fuera. El cojinete interno siempre es más grande que el externo para facilitar la instalación. Precarga. Para servicio ligero a alta velocidad, por ejemplo, en las ruedas delanteras de un automóvil, usted puede hacer el ajuste de los

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cojinetes de rodillos apretando hasta que haya un ligero rozamiento, luego, se aflojan hasta que la rueda gira libre. Si el ajuste se hace con una tuerca de castillo, aflójela desde el punto de rozamiento hasta el sitio más cercano en que un castillo alinee con un agujero en el mango de rueda para poder colocar una chaveta. En el equipo pesado, un ajuste sin rozamiento a menudo es demasiado flojo u holgado para soportar el eje en forma adecuada con las cargas tan altas. En tal caso, en el manual de taller quizá se mencione que se debe hacer el ajuste y dejar cierta cantidad de rozamiento, que se llama precarga —es decir, una carga que se aplica al cojinete antes de que reciba su carga de trabajo. La precarga se mide con la fuerza o torsión requeridas para hacer girar el eje o la rueda. Si el eje está conectado con otros engranes, será necesario hacer dos mediciones: una antes de apretar el cojinete y otra después de apretarlo. La precarga en ese cojinete es la diferencia entre las dos.

Figura 2-11. Medición de precarga de cojinetes. (Cortesía de Mack Trucks.)

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1. La tuerca ranurada o de castillo y la chaveta se emplean para el ajuste de cojinetes en las ruedas de implementos y en las ruedas delanteras de autos y camiones. Se aprieta la tuerca mientras se hace girar la rueda hasta que haya un ligero rozamiento en el cojinete. Con esto se tiene el asentamiento correcto de todas las piezas. Afloje la tuerca un castillo) y fíela con la chaveta. Se tendrá holgura para libre rotación del cojinete. Hay que girar el cojinete para asentar los rodillos contra la costilla del cono —hay que hacerlo en cualquier ajuste de cojinetes.

3. En este caso, se emplean laminillas entre el extremo del eje y la placa de extremo. El espesor de las laminillas se selecciona para dar el asentamiento conecto del cojinete. Puede variar según el componente en que se instalan los cojinetes. La placa de extremo se sujeta con tomillos con cabeza amarrados con alambre para fijarlos. La placa de extremo puede tener una ranura para medir el espesor de las laminillas.

2. Se utilizan dos contratuercas estándar y una arandela o rondana de lengüetas para ajustar el cojinete. Se tiene un ajuste mucho más preciso que con una tuerca ranurada. Apriete la tuerca interna hasta que haya un ligero rozamiento en los cojinetes y aflójela lo preciso para que haya holgura para rotación después de apretar la tuerca externa. Este método para ajuste se utiliza en semiejes traseros flotantes y en aplicaciones industriales en donde las tuercas ranuradas no son prácticas ni deseables.

4. Éste es otro ajuste con laminillas. Se colocan entre la brida de la tapa de extremo y la cubierta o funda. Seleccione el espesor de laminillas que permita la holgura correcta para rotación del cojinete recomendada para la aplicación particular. La tapa de extremo se sujeta con tomillos con cabeza asegurados con arandela de presión (como se ilustra) o con alambre. Este sencillo método de ajuste se emplea cuando se utilizan conos instalados a presión con tapas de ajuste flojo. Lo encontrará en las cajas de engranes de todos los tipos.

Figura 2-12. Métodos para ajustar cojinetes de rodillos cónicos. (Cortesía de Timken-Detroit Axile Co.)

La precarga se mide en pulgadaslibras (in-lb) con una llave de torsión especial o con una báscula de resorte como se ilustra en la figura 2-11. Para tener una medición más exacta

se enrolla un cordón varias vueltas alrededor del engrane y se engancha en la báscula de resorte. La inercia de las piezas dará una alta lectura falsa si se tira la báscula de resorte con

Fricción, cojinetes y lubricación

rapidez. Consulte siempre, si lo tiene, el manual de taller. Si no lo tiene, solicite ayuda de un experto pues hay un intervalo desde cero en un mecanismo ligero para alta velocidad hasta más de 150 in-lb en el diferencial de una escrepa grande. La precarga suele aumentar según el tamaño del eje y cojinete así como con la torsión y el peso y se reduce con el funcionamiento a alta velocidad. Importancia. Los buenos cojinetes son absolutamente indispensables en cualquier máquina. Si no hacen su trabajo a la perfección, permitirán que los ejes se pandeen o se desplacen, se desalineen los engranes, se sobrecarguen otros cojinetes y causen ruido y desgaste rápido. Si se rompe un cojinete, los fragmentos de acero endurecido circularán con el aceite y producirán serios daños en los engranes y otros cojinetes. Muchas de las máquinas que lleguen a su taller para reparación será como resultado de fallas de cojinetes ocasionadas por lubricación inadecuada, que puede significar muy poca grasa o aceite, exceso de grasa, lubricante de tipo incorrecto o la entrada de mugre a los cojinetes. Algunos de los trabajos de reacondicionamiento se los devolverán por la misma razón y usted tendrá que explicarlo. Por ello, a continuación se describen los requisitos para lubricación.

MANTENIMIENTO Lubricación con grasa. La grasa en los cojinetes antifricción dura mu-

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cho más que en los bujes. Las bolas o los rodillos ruedan en vez de deslizarse, por lo cual hay menos efecto de rascado y calor producido por la fricción. El problema es suministrar la grasa adecuada en la cantidad precisa. Las grasas comunes, de precio bajo, son una mezcla de aceite mineral y jabón de calcio o de sodio. Las grasas de siliconas se emplean cuando se esperan temperaturas muy altas. Hay muchas diferencias en el endurecimiento, en el reblandecimiento con el calor o el endurecimiento con el frío, el escurrimiento para mantener una película de aceite en las superficies contiguas, en la pegajosidad y en la resistencia al agua. La selección de la grasa la efectúan los fabricantes de las máquinas y la grasa. Usted actuará sobre seguro si sigue las recomendaciones del fabricante de la máquina y las del distribuidor de marcas de grasas de prestigio. Se menciona lo anterior para que no se suponga que un cojinete está bien lubricado sólo porque tiene grasa. Si el cojinete recibe demasiada grasa, ya sea porque el depósito esté demasiado lleno o la grasa sea muy delgada para formar un canal en ella, las bolas o los rodillos deben "batirla* como las aspas de una hélice en el agua. Esto ocasiona fricción que absorbe potencia y produce calor. El calor puede ser suficiente para destruir la película de aceite y se producirá más calor por el contacto de metal con metal, con lo cual el cojinete se puede sobrecalentar y dañar. Una decoloración negra o azul negruzca indica

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

sobrecalentamiento, aunque no necesariamente por las causas mencionadas. Algunas veces, la decoloración puede ser por una grasa muy rígida y que no escurre y permitió trabajar el cojinete en seco hasta que se calentó, pero luego se fundió y lubricó lo bastante para evitar una falla total. Es posible que las altas temperaturas junto con el exceso de grasa hagan que se forme espuma en la grasa y se separen el jabón y el aceite. El aceite se puede escapar (pues el sello o retén de grasa no es hermético al aceite) y el cojinete se quedará lleno de jabón de muy poco valor lubricante. Ese cojinete fallará muy pronto salvo que se limpie y se vuelva a lubricar.

La prensa vertical es adecuada para instalar o desmontar cojinetes.

Los programas de lubricación con grasa dependerán de la clase de servicio, el tamaño de los depósitos de grasa y la eficiencia de los sellos. Éstos quizá sean el componente más importante. Los rodillos de las orugas solían necesitar engrase cuando menos cada 8 a 10 horas y, muchas veces, cada dos horas cuando trabajaban en lodo y agua. Ahora, con el mismo tipo de servicio y sellos de mucha mayor eficacia, algunos necesitan lubricación sólo cada 1000 horas o sólo cuando se desmontan los rodillos para recubrirlos con metal. Los intervalos normales para lubricar los cojinetes antifricción en equipo de construcción pueden ser una vez cada turno y una vez a la semana. Sólo el fabricante conoce todos los detalles que intervienen para fijar ese intervalo y hay que seguir siempre sus recomendaciones. Muchos cojinetes se construyen con sellos integrales para impedir la fuga de lubricante y la entrada de cuerpos extraños. Algunos son para

Utilice bloques de acero del mismo tamaño y escuadrados en todos sus lados para tener contacto uniforme con ambos bloques.

Figura 2-13. Prensa vertical para cojinetes. (Cortesía de Anti-Friction Bearing Mfgs. Association.)

Fricción, cojinetes y lubricación

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nes, mandos finales y otras cajas de engranes se lubrican con aceite que se bombea o se salpica desde un depósito en el fondo de la caja o por inmersión. No requieren ninguna atención excepto mantener el aceite a su nivel y cambiarlo una o dos veces al año. Muchas de las transmisiones de años recientes tienen bombas y filtros para aceite del tipo como las del motor.

Figura 2-14. Extractores de cojinetes. (Cortesía de Anti-Friction Bearing Mfgs. Association.)

que tengan la misma duración que la máquina en donde están montados sin alguna atención. Hay otros que se supone se deben enviar a un taller especializado para volver a lubricarlos cuando se los desmonta para un reacondicionamiento. Lubricación por salpicado. Los cojinetes instalados en transmisio-

Daños por el agua. Las superficies altamente pulimentadas de los cojinetes se dañan con facilidad por la herrumbre y la corrosión. Se protegen durante el embarque y el almacenamiento con una capa de grasa y durante el servicio con el lubricante normal. Rara vez se encontrará con cojinetes dañados por herrumbre o corrosión si se empacan con grasa o se llenan con graseras. Pero, el agua se puede acumular en el fondo de las cajas o cubiertas de engranes cuando la máquina está parada y se combinará con impurezas en el aceite para formar compuestos corrosivos, los cuales disuelven en forma gradual las películas protectoras de aceite y atacan e inutilizan los cojinetes que están en la parte inferior. Incluso un poco de herrumbre dañará las superficies pulimentadas y producirá desgaste y desintegración rápidos cuando se vuelve a poner en servicio la máquina. Si sabe que una máquina va a estar parada mucho tiempo, es conveniente cambiar el aceite del motor, de la transmisión, etc., antes de sacarla

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Figura 2-15. Para expulsar un eje de un cojinete. (Cortesía de Anti-Friction BearingMfgs. Association.)

del servicio. Con ello, se eliminarán las acumulaciones de agua y productos químicos dañinos. Mugre y limaduras. Es posible que un cojinete que está en servicio se dañe por los cuerpos extraños que se mueven dentro de él y que desgastan sus partes. El material puede ser mugre, limaduras de metal o ambos. La mugre puede penetrar si no se tiene cuidado al manejar la grasa o las pistolas engrasadoras. El polvo también puede penetrar por una caja agrietada o abierta o por un filtro de respiradero deficiente, o bien, puede llegar junto con las herramientas y las piezas de repuesto (refacciones). El polvo y las limaduras o partículas de metal se producen en forma constante en cantidades variables por el desgaste de las partes de los cojinetes, los engranes y otras piezas metálicas. Quizá ocasionen más daños a los cojinetes en las cajas de

engranes que todas las demás causas juntas. Se puede producir una gran cantidad de partículas de metal durante el periodo de asentamiento inicial o después del reacondicionamiento de una máquina. Durante un largo tiempo después, sólo debe haber una pequeña cantidad de polvo muy fino. Después aumentan la cantidad y el tamaño de las partículas conforme se desgasta la máquina. Un problema serio en un tren de engranes puede empezar cuando se desprende un fragmento de un engrane o por la rotura de una bola o un rodillo en un cojinete. Estos fragmentos duros circulan con el aceite y raspan, desgastan y mellan otras piezas. Este desgaste acelerado en los cojinetes o quizá sólo en uno o unos pocos permite que haya desalineación de las piezas, con lo cual hay más raspaduras y melladuras y se producen más fragmentos de metal que continúan este círculo vicioso. Las cajas de engranes deben tener tapones de vaciar y de observación de nivel del tipo magnético para atraer y retener todas las partículas de metal ferroso. Con ello, dejan de circular en el componente y se evita que produzcan daños mayores y estarán a la vista cuando se quite el tapón. Las partículas de metal muchas veces se sedimentan en el fondo de la caja y allí se quedan sin producir daños, pero no hay que confiarse mucho. Es muy probable que vuelvan a penetrar entre los engranes y cojinetes en un camino muy malo o cuando el aceite esté bajo.

Fricción, cojinetes y lubricación

DESMONTAJE DE COJINETES Los procedimientos descritos a continuación los recomienda la Anti— Friction Bearing Manufacturers Association. Antes de empezar el trabajo, lave la cubierta del cojinete, con cuidado de que no se caiga ni le entre mugre. Dedique unos minutos a estudiar el conjunto y determinar la mejor forma de hacer el trabajo. Tenga cuidado de no producir daños, pues los cojinetes y otras piezas quizá se puedan volver a usar. La mejor herramienta para desmontar un cojinete es la prensa vertical. Pero si trabaja en el campo, lo más probable es que utilice algún tipo de extractor de cojinetes o engranes. Recuerde que cuanto mayor sea la potencia extractora más seguro hay que estar de que se trabaja en la forma correcta. La pista o taza de cojinete que gira, se suele instalar con ajuste apretado. La pista estacionaria, por lo general, está más o menos floja. En un cojinete de rueda delantera, la pista o cono interno está en el mango de rueda y está suelta, mientras que la pista o taza externa está a presión en el cubo. Cuando desarma una unidad, los cojinetes se quedan en el componente en que están instalados a presión. Pero, si un cojinete es de tipo separable, ambas tazas pueden estar apretadas y será fácil desarmar el cojinete al quitar las otras piezas. Cuando vaya a desmontar un cojinete completo, trate de aplicar la

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fuerza en la pista o taza que está apretada. Mantenga la tracción en línea recta para que no se "monte" la pista o la taza, pues se podría rayar la pieza y dañar el cojinete. Nunca aplique presión ni tracción contra el blindaje o los separadores del cojinete. Tenga cuidado para no dañar las roscas, cuneros o rebordes del eje. Estas partes son más delicadas de lo que parece. En la figura 2-15 se ilustran las formas correcta e incorrecta de desmontar un cojinete de bolas con una prensa. El ariete de la prensa empuja contra el eje en el cual está apretada la pista interna del cojinete, pero la extracción la efectúan los bloques de soporte debajo de las pistas. Se apreciará la diferencia en el espaciamiento de los bloques. En la posición "correcta" apenas quedan libres del eje y soportan todo el cojinete incluso la pista interna. En la posición "incorrecta" están más separados y no soportan para nada la pista interna. La presión contra el eje empujará a la pista interna hacia abajo

Figura 2-16. Ajuste del extractor para tracción en línea recta. (Cortesía de AntiFriction Bearing Mfgs. Association.)

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Figura 2-17. Expulsión de un eje. (Cortesía de Anti-Friction Bearing Mfgs. Association.)

y destruirá el cojinete. Aunque no se desprendan hasta que se mueva el eje, se puede dañar si se rompen bolas o rodillos o por las abolladuras en las pistas.

Lo más importante que se debe recordar al emplear extractores es que agarren con firmeza la pista interna y armarlo o mantenerlo recto y a escuadra. A veces se instala una pista o taza interna separada contra un reborde del mismo tamaño, por lo cual no hay forma de sujetarla para sacarla. Si todavía se puede usar, déjela en su lugar. Si hay que sustituirla, córtela con un soplete, pero sólo en forma parcial para no llegar hasta el eje y dañarlo. Con esto se puede aflojar lo suficiente para sacarlo. Si no, sujételo con fuerza en un tornillo de banco y golpéelo con un punzón duro en los puntos que va a cortar, con lo cual se debe romper. Si no, golpéelo con un cincel en el corte, para rajarlo. Use anteojos de seguridad porque el acero de los cojinetes es muy duro y se pueden desprender rebabas. Si no tiene prensa ni extractor, puede hacer el trabajo con un tornillo de banco, un botador o bloque de metal blando y un martillo. Puede dejar suelto el eje y apoyar el cojinete sobre bloques en el tornillo de banco como en la Fig. 2—17, o sujetar el eje en el tornillo de banco y utilizar laminillas de cobre o bloques de madera para proteger la superficie, y luego expulsar el cojinete con un tramo de tubo que sea un poco más grande que el eje. Golpee en forma alternada en dos lados del tubo para que no se "monte". Limpieza. No trate de determinar el estado de un cojinete sino hasta después de limpiarlo. Los cojinetes se lavan en una bandeja o un bote con keroseno, combus-

Fricción, cojinetes y lubricación

Figura 2-18. Herramientas limpias y banco limpio. (Cortesía de Anti-Friction Bearing Mfgs. Association.)

tibie diesel o con gasolina. Primero, déjelos remojar bien. No permita que toquen el fondo de la bandeja pues puede penetrar mugre. Cuelgue una canastilla de alambre dentro de la bandeja, o soporte un tramo de tela metálica gruesa sobre el fondo. Los cojinetes blindados o sellados requieren un aparato especial para la limpieza. Un cojinete abierto se puede frotar con una brocha o cepillo de cerdas naturales (las fibras sintéticas se pueden disolver en el combustible o disolvente) frotarlos con los dedos o un trapo y secarlos, sin girarlos, con aire comprimido. Se pueden necesitar más de un remojo y enjuague. Es conveniente sumergir los cojinetes en aceite hasta el momento de la instalación, para evitar la corrosión si se dejan destapados. Si va a almacenarlos, debe empacarlos con grasa e introducirla bien mediante la rotación de las pistas. Los cojinetes que tienen blindaje o sello en un solo lado, se pueden lavar y manejar en la misma forma que los abiertos. Pero, si están en ambos lados y no son desmontables, no los

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lave; frótelos con un trapo limpio y gírelos para probarlos. Los cojinetes blindados o sellados que giran con suavidad se pueden volver a utilizar. Si se sienten ásperos, hay que llevarlos a un taller especializado para que los limpien. Recuerde, si su banco y herramientas no están limpios, perderá su tiempo al lavar los cojinetes, pues no los podrá conservar así. En el capítulo 13 aparece información adicional para la limpieza de piezas. Inspección. Las manchas en cualquier superficie de un cojinete o la corrosión en las superficies que no son de trabajo, no impedirán, por lo general seguir usando el cojinete. Una ligera aspereza o cierta tendencia a pegarse significa que se deben lavar otra vez. Dos pruebas para determinar si en realidad hay aspereza son oprimir las dos pistas entre sí mientras hace girar una, o bien, poner el cojinete en una superficie limpia y aplicarle mucha fuerza con la mano mientras hace girar una pista. Se deben buscar las siguientes deficiencias y, si las hay, se debe desechar la pieza dañada si está separada, o bien, todo el cojinete. Los cojinetes del equipo pesado rara vez se pueden reacondicionar y NUNCA costea volver a usar un cojinete deficiente. Pistas rotas o agrietadas Sellos o blindajes abollados Separadores rotos o agrietados Bolas o rodillos rotos o agrietados

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Partes con escamas en las superficies de trabajo Color azul pardusco o azul negruzco que indica sobrecalentamiento. Pistas comprimidas por la presión de las bolas o los rodillos. La holgura puede ser una característica de ese tipo de cojinete o puede ser señal de desgaste excesivo. Empaque el cojinete viejo con grasa delgada y compruébelo, si es posible, contra un cojinete nuevo. Para ordenar cojinetes. Por lo general, los cojinetes no se le compran al fabricante del equipo, pues éste los adquiere con los fabricantes o distribuidores. Se puede obtener casi cualquier tipo de cojinete antifricción con los distribuidores de cojinetes o los distribuidores de repuestos, a precios más bajos. Cada cojinete lleva un número de clave y el nombre del fabricante, por lo general en un lado de la pista. Si la taza y el cono se venden por separado, cada uno tendrá su número. El número de clave sirve para determinar las dimensiones, capacidad de carga y método de lubricación. Si el distribuidor de repuestos los tiene de la misma marca, no hay problema. Si no, hay catálogos de intercambiabilidad y se pueden obtener cojinetes de otras marcas con las mismas especificaciones. Cada fabricante utiliza su sistema de números de clave. Son muy complicados y no se describen en este libro. Sin embargo, recuerde que si se pueden leer el número completo y el nombre del fabricante, se puede com-

Remoje muy bien los cojinetes en abundante disolvente.

Enjuáguelos con disolvente, aceite delgado o petróleo diáfano limpios.

No haga girar los cojinetes con el aire. Sujete ambas pistas. Use aire limpio y seco.

Mejor que la cubeta si la hay. Ponga una sola capa de cojinetes. Mantenga la canastilla separada del fondo del tanque.

Figura 2-19. Lavado de los cojinetes. (Cortesía de Anti-Friction Bearing Mfgs. Association.)

prar uno de la misma marca o su equivalente. Como precaución final, haga una cuidadosa comparación física entre el cojinete viejo y el de repuesto. Cojinetes nuevos. Los cojinetes nuevos se limpian con todo cui-

Fricción, cojinetes y lubricación

Taza interna agrietada. Muchas veces se debe a ajuste incorrecto o demasiada fuerza ai sacarla.

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empaque para una comparación o por error, vuelva a envolverlos hasta que los vaya a necesitar. Tenga los cojinetes lejos de la humedad. Manéjelos con las manos y herramientas bien limpias. Muévalos lo menos posible, pues las huellas digitales son difíciles de eliminar y pueden iniciar la corrosión. Nunca lave un cojinete nuevo para quitarle la capa protectora o el lubricante pues está listo para instalarlo tal como se encuentra.

JUNTAS Y SELLOS Pista externa abollada por el uso incorrecto de martillo y cincel.

Blindaje doblado porque se resbaló el botador.

Figura 2-20. Cojinetes deficientes. (Cortesía de Anti-Friction BearingMfgs. Association.)

dado en la fábrica, se les aplica un baño protector y se envuelven en un papel protector impermeable para mantenerlos limpios y protegidos. Además, se colocan en una caja u otro envase con una etiqueta de identificación. Mantenga los cojinetes en su empaque original hasta el momento en que los vaya a instalar. Si abre el

Es posible ajustar piezas de metal tan apretadas entre sí que no pueden penetrar líquidos o gases por la unión e incluso se adherirán en tal forma que parecerían una sola pieza. Pero ese acabado es muy difícil y costoso de obtener y sólo es práctico para superficies muy pequeñas que no puedan deformarse por dilatación, contracción o las cargas. Por ello, en todas las máquinas es necesario emplear juntas o sellos en cualquier conexión o punto de contacto entre las piezas en donde hay que reducir o impedir el paso de líquidos, gases y/o cuerpos extraños. Los tipos más importantes de sellos son las juntas, que se emplean en donde no hay movimiento; los capuchones y diafragmas en donde hay poco movimiento y los sellos anulares o redondos cuando una pieza gira o se desliza sobre otra. Juntas. Las juntas se utilizan entre piezas que están sujetas entre sí con rigidez, casi siempre con pernos.

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Figura 2-21. Depósito de aceite (cárter) y sus juntas. (Cortesía de Waukesha Motor Co.)

Se hacen con una combinación de metal, asbesto, corcho o caucho. Para determinar el tipo de junta se tienen en cuenta el calor, la presión y la actividad química de los líquidos que se deben sellar. Una junta sólo puede formar un sello hermético entre dos piezas si tiene suficiente compresibilidad para flexionarse con los puntos altos y llenar los puntos bajos. La compresibilidad varía de acuerdo con el material, la cantidad que se ha comprimido durante la fabricación y la cantidad de presión que se aplica para apretar las piezas. Una junta entre el bloque y la cabeza de cilindros de un motor está

sometida a la presión y al calor de la combustión en los cilindros y suele ser de asbesto, que es muy resistente al calor. El asbesto se coloca entre hojas delgadas de cobre para aprovechar su textura blanda sin que se dañe con el manejo y para ayudar a la transferencia de calor desde los cilindros hasta las camisas de agua. Una junta de placa de válvula sólo está expuesta a un calor moderado y debe ser lo bastante gruesa y blanda para producir sellamiento aunque se pueda flexionar la placa. El corcho es el mejor material en este caso. El caucho se emplea para sellar conductos para agua a las temperaturas de ella. También se puede em-

Fricción, cojinetes y lubricación

plear para absorber vibraciones y choques en donde no se requiere un sello. El caucho natural y muchos sintéticos se dañan muy pronto por contacto con el combustible, la grasa o el aceite. El neopreno es un caucho sintético al cual no atacan los productos de petróleo, pero se destruye muy pronto con las impurezas en los lubricantes de baja calidad. Los papeles para hacer juntas son impermeables al agua y al aceite. Son delgados pero fuertes. En una emergencia, se pueden cortar juntas en ellos. Se pueden emplear varias capas para lograr suficiente espesor. Al instalar una junta, compruebe que sea la correcta. Le puede faltar una perforación para algún conducto importante o puede ser de espesor o material incorrectos. Sin embargo, hay muchos tipos y tamaños de juntas de diferentes marcas, por lo que probable que encuentre una que ajuste con exactitud. Las juntas usadas, por lo general, han perdido algo de su compresibilidad y ya no sellarán bien si se vuelven a usar. Se recomienda utilizar siempre juntas y sellos nuevos en cualquier trabajo de reparación. Si hay que usar una junta vieja, se puede mejorar su función si se le aplican grasa, cemento para juntas o goma laca. La goma laca puede dificultar desmontar las piezas la siguiente vez y le impedirá usar esa junta por tercera vez. La grasa es inofensiva y se puede emplear con las juntas nuevas. Los compuestos formadores de juntas, o sea los selladores de vulcanización a temperatura ambiente, se utilizan cada vez más en lugar de las

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juntas. Se aplican en una capa delgada en las superficies y se les da el tiempo necesario para que se vulcanicen, de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Cuando hay sellador viejo, se debe raspar con una espátula o un cincel. Se dice que una junta está reventada cuando el líquido o el gas a presión le ha roto un pedazo. Una junta reventada puede permitir el escape de líquido o gas entre ella y una o ambas superficies. Las fugas suelen ocurrir por apretar incorrectamente las piezas o por mugre, pandeo o combadura de las superficies, que ya no tendrán superficie continua para sellar. El pandeo o combadura es la causa más común de que se revienten las juntas. Aveces, las fugas se pueden corregir con el empleo de dos juntas. En ocasiones harán que se alteren los ajustes. Por ejemplo, si se utilizan dos juntas en la cabeza de cilindros se reducirá la compresión del motor. En general, es preferible mandar a rectificar la pieza pandeada o combada. Por lo común, la cantidad tan pequeña de metal que se rebaja no suele ser suficiente para alterar los ajustes o las holguras. Capuchones. Un capuchón es una cubierta blanda, flexible, de caucho, cuero o plástico con los extremos abiertos (suelen ser dos) sujetos con abrazaderas alrededor de las piezas que tienen muy poco movimiento entre sí. Su empleo principal es para impedir la entrada de mugre, pero en algunos mecanismos se les llena con grasa. Los capuchones de caucho, a

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Figura 2-22. Capuchones, fuelles y diafragmas. (Cortesía de Chicago Rawhide Mfg. Co.)

veces, se sujetan por su propia elasticidad, pero también se pueden emplear abrazaderas. Fuelles. Un fuelle tiene pliegues en forma de acordeón que permiten el movimiento longitudinal relativo de las piezas. Se emplean en muchas partes de los sistemas hidráulicos y en los frenos hidráulicos y de aire. Diafragma. Un diafragma es una pieza plana de material flexible montada en un vástago central y sujeta en una cubierta que la rodea. Permite movimiento longitudinal limitado del vástago y ocupa menos espacio que un fuelle. Casi siempre encontrará a los diafragmas utilizados en una bomba más que como sellos. El diafragma está sujeto en una cámara con conductos de entrada y salida controlados por válvulas y su movimiento longitudinal mueve los líquidos o gases de un conducto al otro. Las bom-

bas de vacío y las de combustible de baja presión suelen ser de diafragma. Sellos anulares. Estos sellos, llamados a veces anillos 0, son de muchos tipos. Se hacen de caucho, son de sección muy delgada en relación con su circunferencia y, por lo general, se instalan en ranuras poco profundas en una o ambas piezas metálicas entre las cuales sellan. Son tan frágiles que se deben mantener en su empaque original hasta que se vayan a usar. Se debe tener mucho cuidado de colocarlos en su lugar correcto y no estén torcidos antes de apretar las piezas. Salvo en casos excepcionales no se deben volver a usar. Los sellos anulares también actúan como anillos de pistón en arietes hidráulicos. Empaquetadura. En los cilindros hidráulicos se utilizan anillos blandos como empaquetaduras para evitar las fugas en el sitio en donde la

Fricción, cojinetes y lubricación

biela se desliza a través de la cabeza del cilindro y, con frecuencia, en el pistón para evitar los escapes de líquido alrededor de él. Las empaquetaduras no deben rascar y secar la superficie del metal, sino que deben dejar una película de aceite. Si la empaquetadura está muy apretada produce desgaste y hace que la biela se oxide salvo que esté cromada. Las empaquetaduras muy antiguas, que quizá todavía se empleen en alguna máquina, eran un cordón grafitado devanado en torno al eje en una parte hueca del cilindro llamada estopero. Una tuerca colocada en las roscas del estopero comprimía el resorte grafitado contra el eje y reducía o evitaba los escapes de líquido. El grafito es lubricante y, por lo general, no ocurría desgaste serio del eje. La empaquetadura se gastaría o comprimiría hasta que hubiera fugas y se volvía a apretar con la tuerca. El sistema más moderno es la empaquetadura formada con anillos. Se coloca cierto número de ellos en un estopero alrededor del eje y se aprietan con una placa con tornillos. Algunos anillos de empaquetadura suelen ser de sección en forma de V (espiguilla) y están cortados o divididos para poder correrlos sobre la biela por un lado. Los anillos rascadores o de control de aceite instalados en el cilindro pueden ser de una pieza y hay que desmontar el pistón para instalarlos. Sellos de aceite. Se les podría llamar "sellos para ejes rotatorios" pues también se emplean para rete-

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Figura 2-23. Sellos de aceite bidireccionales. (Cortesía de Chicago Rawhide Mfg. Co.)

ner la grasa y el agua e impedir la entrada de cuerpos extraños, pero se les conoce mejor como sellos de aceite y así se les seguirá llamando. Estos sellos se hacen con un anillo o caja metálica configurada, el material sellador y, por lo general, uno o más resortes. Cada uno se fabrica para determinado tamaño de eje, de la cubierta o caja y la cantidad y el sentido de la presión. En las figuras 2-23 y 2-24 se ilustran sellos radiales de empleo común, en un corte transversal simplificado. El elemento sellador radial puede ser de cuero, caucho sintético o fieltro. Está formado para mantener contacto con una ligera presión contra un eje de cierto tamaño y suele estar reforzado por la contracción de un resorte ligero. El respaldo o caja metálica lo tiene en su posición de trabajo y evita las fugas por el exterior. Se pueden utilizar uno, dos o más elementos selladores en una sola caja metálica. El sello, por lo general, se instala con una ligera presión en su cubierta. Se necesitan ajuste preciso y hermeticidad para evitar las fugas.

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Figura 2-24. Sellos de aceite unidireccionales. (Cortesía de Chicago Rawhide Mfg. Co.)

El cuero es un excelente material para sellos, pues no lo dañan el aceite ni casi ninguno de los productos químicos que se forman por la descomposición del aceite; además es lo bastante poroso para retener algo de grasa y no deja que el eje trabaje en seco. El caucho sintético neopreno se daña con algunos productos químicos, no lleva lubricante en sus poros, se puede pegar en los ejes en máquinas que llevan algún tiempo paradas y se desgasta con más rapidez si el eje no está absolutamente liso. Sin embargo, resiste mejor el calor, pues trabaja a 275°F en vez de 225°F como el cuero; a la vez, su elasticidad es mayor y más duradera. La tersura de la superficie de un eje es importante. Cualquier eje que se rectifique, debe pulirse en un torno con una tela de pulir sujeta contra el eje. Si el eje está ovalado o si chicotea o bambolea cuando gira, se reduce la eficiencia del sello y se acelera el desgaste. La alta velocidad aumenta las fugas o daños ocasionados por el movimiento anormal del eje. Es importante centrar el sello con exactitud en el eje, pues de lo contra-

rio un lado estará muy apretado y el otro muy flojo. La caja del sello debe ser del tamaño exacto y si está separada de la cubierta de cojinete, hay que alinearla con espigas o topes. Un sello es muy delicado y se daña con facilidad durante la instalación. La única parte lo bastante fuerte para instalarlo apretado en una cubierta, es el aro externo. La presión se debe aplicar con una herramienta especial o un tramo de tubo de pared delgada del mismo tamaño que el exterior del sello. Si sólo se requiere presión moderada, se pueden emplear una pieza plana de madera o de caucho duro. A veces es necesario deslizar un sello sobre un eje que tiene estrías, un cunero, melladuras o rebabas. La delicada superficie de sellado se dañará con el contacto directo. Hay herramientas especiales para pasarlo sin peligro sobre las irregularidades, pero quizá usted tenga que improvisar, por ejemplo, al envolver el eje con un papel grueso, plástico o laminillas. Haga un collar que ajuste alre-

Laminillas

Figura 2-25. Protección para sellos durante la instalación. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

Fricción, cojinetes y lubricación

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Figura 2-26. Componentes del sello de aceite unidireccional. (Cortesía de Chicago Rawhide Mfg. Co.)

dedor del eje, corra el sello sobre él y pase los dos juntos sobre los puntos peligrosos. Algunos sellos trabajan en ambos sentidos (bidireccionales). Los de la figura 2-23 son de este tipo. Otros están construidos para ceder a la presión en un lado y que se plieguen para dejar escapar el líquido. Esos sellos se suelen emplear en donde la grasa a presión se emplea para lubricar y limpiar un cojinete, y donde no se es-

pera que las presiones internas sean elevadas. En la figura 2-26 se ilustran los detalles. Si un sello se coloca invertido junto a una grasera, es posible que la presión lo vuele. Téngalo presente no sólo cuando instale un sello sino también cuando lubrique a presión en una grasera y encuentre una resistencia inesperada. Dentro de una caja de engranes se puede producir una presión destruc-

Figura 2-27. Sello de aceite de tipo positivo. (Cortesía de Allis-Chalmers Mfg. Co.)

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tora, si el respiradero está obstruido y los sellos no permiten el escape del lubricante o del aire. Sello positivo. El sello positivo (Fig. 2-27) es axial y consta de dos discos metálicos oprimidos entre sí por resortes. Uno sella contra el eje fijo y el otro sella contra el rodillo y gira con él. Las caras del disco están maquinadas para acoplar con tal precisión que no se pueda escapar la grasa ni penetrar la mugre cuando giran entre sí. Si hay que cambiar un disco del sello, se deben sustituir los dos. Los sellos positivos se utilizan en condiciones extremas de lodo y clima, en los que las ruedas o ejes giran a velocidades moderadas. En los rodillos de orugas protegidos con estos

sellos sólo se necesitará lubricación con grasa cada 1000 horas o más. Estos sellos son de un tipo general llamado sellos axiales y se utilizan con frecuencia en donde la excentricidad de los ejes, las velocidades y presiones altas u otras situaciones hacen impráctico el empleo de sellos anulares o radiales normales. Esos sellos con elemento de fibra dura se utilizan en casi todas las bombas del agua en los motores. Anillos metálicos. Los anillos metálicos se instalan en ranuras en los pistones y se mantienen contra la pared del cilindro por su propia tensión y, a veces, con los expansores colocados detrás de ellos. Su aplicación más amplia es en los motores y se describirán en el capítulo 4.

Lubricación La lubricación correcta es absolutamente indispensable en cualquier máquina.

LUBRICANTES Una sustancia que reduce la fricción entre superficies es un lubricante. Casi todos los lubricantes son aceites y grasas derivadas del petróleo y también se emplean lubricantes sintéticos en ciertas aplicaciones. Los cojinetes de la bomba del agua se pueden lubricar con el agua y las barrenas rotatorias con el lodo. En ambos casos, el efecto de enfriamien-

to es, cuando menos, igual de importante que la lubricación en sí. Un lubricante forma una película entre las superficies de rozamiento, por lo general, metálicas; reduce la fricción por su deslizamiento y porque impide que las dos superficies se toquen entre sí, o bien, reduce la zona y la presión de los contactos. Además, disminuye el coeficiente de fricción. Los lubricantes también pueden servir como barrera o limpiador para impedir que la mugre penetre entre las piezas movibles y que quede en ellas. Muchas veces se les hace circular para disipar el calor de los puntos

Fricción, cojinetes y lubricación

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de fricción, lo cual es en ocasiones su función más importante.

grasa; ¡asegúrese de que sea la adecuada!

Aceite y grasa. Los lubricantes se llaman aceite o grasa. Los aceites son líquidos y pueden ser sumamente delgados, como los aceites aflojadores o sumamente gruesos como los que se emplean en transmisiones y diferenciales. La grasa es una mezcla semisólida y sólida de aceite con jabones de minerales y otros llenadores que le dan la combinación de cuerpo (resistencia a fluir), adherencia, resistencia a la presión, resistencia al agua y punto de fusión, que son las bases para seleccionarlas. Las grasas se pueden preparar casi para cualquier necesidad. Si la lubricación tan perfecta como sea posible fuera el único factor importante para el mantenimiento de las máquinas, se podrían utilizar entre cuatro y doce tipos distintos de grasa. Pero un solo tipo de grasa puede hacer ese mismo trabajo, no a la perfección pero sí en forma aceptable. Se llaman grasas para usos múltiples y se emplean mucho porque hacen la lubricación más fácil y eficiente. Cuando se utilizan muchos tipos de grasa, alguno se puede aplicar en donde no corresponde y muchos lugares no se lubrican porque no es ni cómodo ni posible aplicarles la grasa correcta en el momento preciso. El resultado es que el equipo suele estar mejor lubricado y durar más si se utiliza una sola grasa de usos múltiples en todas las graseras. Sin embargo, hay componentes en donde se debe emplear un tipo específico de

Lubricación por inmersión. Las transmisiones y otras cajas de engranes se llenan hasta cierto nivel con aceite. Algunos de los engranes están sumergidos parcialmente en el aceite y lo mueven con sus dientes o con cucharillas a los engranes que están más arriba y con los cuales acoplan. Otros engranes, cojinetes y estrías se lubrican por salpicado, por gravedad con aceite que está en un punto más alto o con ambos métodos. El método por inmersión es más adecuado para los lubricantes muy gruesos que se adhieren a las piezas lo suficiente para poder tomar cantidades adecuadas y moverlas a un sitio más alto. La rotación debe ser lenta y la construcción sencilla para que no se produzcan puntos calientes por la distribución dispareja del aceite. Los motores o algunas transmisiones se lubrican con aceite a presión mediante una bomba o por inmersión y salpicado. Sistemas de bombas. Una bomba succiona el aceite en un lugar más bajo, llamado depósito (cárter) y lo envía a presión por tubos y conductos taladrados hacia los cojinetes y otras zonas de fricción; la presión se registra en un indicador en el tablero de instrumentos. La cantidad de aceite que se descarga en cada punto se puede regular por el tamaño del orificio de salida, el ajuste de los cojinetes o metales, la presencia de protectores o placas desviadoras o cualquier combinación de éstos.

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Las bombas se utilizan en todos los motores, en casi todas las transmisiones de cambios bajo potencia, trenes de engranes de palas y otras aplicaciones. En un motor, el cigüeñal y los apoyos del árbol de levas tienen conductos taladrados para conducir el aceite a todos los cojinetes. Las bielas suelen tener una perforación longitudinal para que el aceite a presión pueda subir desde los metales de cojinete para lubricar los bujes del pasador (perno) de pistón. El aceite, además de lubricar el mecanismo de válvulas,

se emplea en los levantadores hidráulicos de válvulas. Las piezas a las cuales no llega el aceite enviado por la bomba, se lubrican por el rocío de aceite producido por boquillas especiales para ello, en las bielas y por la inmersión y salpicado del cigüeñal. Todo el aceite regresa al depósito para que lo succione otra vez la bomba. En las transmisiones, el eje de entrada suele impulsar la bomba del aceite. Si se remolca un vehículo o máquina sobre sus ruedas con el motor parado y la transmisión en neutral, habrá poca o ninguna lubricación y pueden ocurrir serios daños. Si es posible, hay que desconectar el eje propulsor antes de remolcar y, en otros casos, tener el motor a ^ de sus rpm normales durante el remolque. El aceite a presión que envía la bomba de la transmisión también se puede emplear para la lubricación y para los cambios de velocidades. Para que el sistema sea eficaz en un motor, se debe emplear una bom-

Figura 2-28. Lubricación por inmersión de la transmisión para una pala. (Cortesía de Bucyrus-Erie Co.)

Fricción, cojinetes y lubricación

ba de capacidad mayor que cualquier posible necesidad. Una válvula de desahogo ("alivio") de presión devuelve el exceso de aceite al depósito. Con ello, la presión del aceite se puede mantener de acuerdo con la graduación de la válvula, aunque el aceite se haya adelgazado, los cojinetes estén flojos o el motor esté en marcha mínima ("ralentí"). Si el sistema tiene una bomba sólo con la capacidad precisa, el aceite adelgazado o los cojinetes gastados permitirán que la mayor parte del aceite se escape en los cojinetes más cercanos y haya poco aceite en los más lejanos, por lo que se perjudica la eficacia del rocío. Para detectar estos sistemas débiles, observe si la presión del aceite baja mucho con el motor en marcha mínima y mucho más baja con el motor caliente que cuando está frío. Cuando un motor tiene cierto tiempo de trabajo se reduce la presión del aceite y quizá haya que reacondicionarlo cuando no tenga otros síntomas de desgaste. Enfriamiento. La circulación del aceite por los cojinetes y otras zonas de fricción, los enfría y absorbe el calor. Casi todo este calor se puede disipar por conducción hacia piezas más frías y las camisas de agua y por radiación desde el exterior del depósito o de las cajas. Pero en muchas instalaciones se necesita un sistema especial de enfriamiento. Un enfriador de aceite se puede llamar también radiador o intercambiador de calor. El aceite pasa por tubos en un casco lleno con agua que circula desde el radiador hasta el mo-

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tor. Si se trata de aceite del motor, la carga en el sistema de agua no es mayor que si recibiera todo el calor del motor y las piezas del motor se mantienen a temperatura más uniforme; el aceite no está sometido a un calor que lo pueda descomponer con rapidez. Aceite sucio. Es difícil o imposible impedir que haya cuerpos extraños en el aceite. La mugre puede entrar a un motor por embudos o botes sucios, cuando la varilla de nivel toca piezas sucias al comprobar el nivel, por un filtro de aire mal protegido o mantenido y, luego, pasar por los anillos de pistón o por un respiradero del motor también mal protegido. (Cuando un motor trabaja bajo carga, se aumenta la presión dentro del motor y cuando se retarda o se mantiene una carga constante, se produce un vacío que deja entrar el aire exterior. Estos efectos son muy leves en un motor nuevo y aumentan con el desgaste de los anillos de pistón y los cilindros.) El carbón puede bajar desde las cámaras de combustión y pueden desprenderse partículas metálicas en algún lugar. Una máquina, como un tractor, en el cual el depósito de aceite penetra en la tierra, puede recibir algo de ella por los agujeros en el depósito o por un sello deficiente en el cojinete principal trasero del cigüeñal. Puede llegar a ese sello por los agujeros de drenaje en la cubierta del volante. Los sistemas de bombas están protegidos con filtros. En la entrada al tubo de succión de la bomba hay un colador, pero es de tela metálica más

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o menos abierta y es inútil contra las partículas más pequeñas que causan la mayor parte del desgaste. Los filtros en los tubos o conductos de retorno son más importantes y tienen elementos de fibra, tela o papel que se pueden cambiar u otros permanentes de discos metálicos o piedra porosa. La dificultad con muchos sistemas de filtros es que se encuentran en un tubo o conducto de retorno desde el

interior del motor hacia el depósito. Además, por lo general se conectan de modo que sólo filtran una parte del aceite y son los llamados filtros de derivación. Como se dijo, todas las fuentes de mugre en el aceite del motor la depositan en el depósito de aceite. Una partícula puede pasar varias veces por el sistema hasta que la atrape el filtro. Si pasa por un cojinete la par-

Figura 2-29. Sistema de lubricación a presión del motor. (Cortesía de Fiat-Allis Cons-truction Machinery, Inc.)

Fricción, cojinetes y lubricación

tícula recirculará docenas de veces y en cada vez desprenderá un poco de metal del cojinete, del eje que gira dentro de él o ambos. Las partículas del tamaño de granos de arena muy fina o más pequeñas, pueden estar en movimiento mucho más tiempo que las gruesas. Si son muy abrasivas, como las de sílice, una parte pequeña de una cucharadita de ellas puede destrozar un motor antes de que la retenga el filtro. Con ello, se pueden producir más daños en unas cuantas horas o minutos que durante años de funcionamiento normal. La solución ha sido el filtro de flujo pleno (Fig. 2-32) en el cual todo el aceite pasa por el filtro colocado inmediatamente antes o después de la bomba. Este filtro tiene una válvula de derivación para que el aceite no deje de circular si se obstruye. En el manual de taller se describen las indicaciones de problemas con los filtros señaladas por el indicador de presión o en otro lugar. Los filtros se deben cambiar a intervalos periódicos, por lo general, con cada cambio de aceite. Inspeccione el filtro viejo cuando lo quite. Si se ven partículas de metal de cojinete o de acero, hay algún problema serio en el motor; hay que revisarlo de inmediato. La mugre puede entrar en una caja de engranes a través de sellos deficientes en los ejes, desde los botes o embudos, si se deja entrar mugre al quitar los tapones de llenar, por las limaduras de metal y la succión ocasionada por los cambios de temperatura. La rotación lenta de las piezas dejará que casi toda esta mugre se

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Figura 2-30. Bomba de aceite.

puede sedimentar en una parte de la caja que esté encima del tapón de vaciar para que salga cuando se cambia el aceite. Sin embargo, algunas partículas permanecerán en circulación y dañarán las piezas cada vez que pasan por ellas. Debido a que el aceite en transmisiones, diferenciales, etc., se cambia a intervalos largos y si los tapones de respiradero, si los hay, son pequeños y se tiene cuidado de limpiarlos, la contaminación más seria proviene de las limaduras de metal. Éstas se producen con mucha lentitud si el mecanismo está en buenas condiciones, y con rapidez conforme se desgastan los cojinetes y los ejes y engranes se

Figura 2-31. Válvula de desahogo de la bomba del aceite. (Cortesía de Waukesha Engine Division, Dresser Industries.)

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desalinean. Se pueden retener una gran cantidad de partículas metálicas con tapones de llenar y de comprobación de nivel del tipo magnético que las retienen hasta el momento de quitarlos para limpiarlos. La única solución en un sistema de inmersión o salpicado es cambiar el aceite, lo cual se hace después de hacer funcionar el mecanismo el tiempo necesario a suficiente velocidad para calentar el aceite y extraer los cuerpos extraños. Si se vacía el aceite en esa situación, se llena el mecanismo con aceite delgado, se lo hace funcionar con carga ligera el tiempo necesario para lavar todas las piezas, se vacía ese aceite y se vuelve a llenar el mecanismo. Aceite lubricante para motores diesel. En los motores diesel se producen lodos y barnices como subproductos de la combustión. Se utilizan aceites especiales para trabajo pesado que contienen detergentes y otras sustancias que mantienen estas sustancias en suspensión para que no formen depósitos perjudiciales. En los motores diesel no se deben emplear aceites para motores de gasolina. Los aceites para motores diesel también se pueden emplear en los motores de gasolina, de preferencia cuando están nuevos o a más tardar en el primer cambio de aceite y filtro. Los aceites para diesel, por su composición, mantienen el motor mucho más limpio sin que se formen lodos o barnices. Los aceites para motores de automóviles, aunque sean de máxima ca-

lidad no siempre son adecuados para los motores diesel. Hay que seguir las recomendaciones del fabricante del motor al respecto.

EMPLEO DE LOS LUBRICANTES Comprobación de niveles. Los niveles de lubricante en los motores, transmisiones, mandos finales y algunos otros componentes se comprueban con varillas de nivel (bayonetas) o con tapones de comprobación de nivel. La máquina debe estar en un piso plano y nivelado. La varilla de nivel se saca, se limpia con un trapo, se introduce a fondo y se saca otra vez para examinarla. Si el aceite está tan limpio que no se nota, pase un dedo por la varilla o, mejor todavía, ponga un pedazo de papel blanco limpio; cambiará su color cuando toque el aceite. Muchas varillas de nivel son difíciles de alcanzar y sacarlas sin que toquen piezas cercanas que es posible estén sucias. Pero difícil o no, es indispensable que estén limpias al volver a introducirlas en su lugar. Con la cantidad de mugre que pueda arrastrar la varilla de nivel, se pueden producir serios daños en muy corto tiempo. La comprobación de los convertidores de torsión, acoplamientos fluidos y transmisiones automáticas requiere de procedimientos especiales. Consulte la placa de instrucciones en el tablero de instrumentos o el manual de taller. En algunos casos, se comprueba con el motor en marcha y,

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en otros, después de que el motor ha estado parado cierto tiempo. Tapones para comprobación. Éstos suelen ser tapones de tubo que se colocan a rosca en las cajas a la altura correcta para determinar el nivel. También pueden servir como tapones llenadores, y hay que agregar el aceite con un embudo especial o una manguera. El motor siempre debe estar parado antes de quitar uno de estos tapones. Para comprobar, se desenrosca el tapón con cuidado de que no se caiga. Si empieza a escurrir aceite antes de acabar de sacarlo o si sale después de quitarlo, el nivel está correcto y se coloca el tapón. En estas cajas de engranes un poco más de aceite no suele ser un problema. Si no sale aceite al quitar el tapón, se introduce un dedo por el agujero para comprobar el nivel; si está debajo del agujero, hay que agregar aceite. Los tapones no se deben dejar caer ni ponerlos en una superficie sucia, pues cualquier cosa que se les adhiera penetrará al aceite y cualquier cuerpo extraño en las roscas impedirá apretarlos, además de que puede entrar al aceite. Si se cae un tapón al suelo se puede perder. Manejo de los aceites. El aceite se compra en latas de un cuarto de galón (0.946 litro), cinco cuartos, un galón, cinco galones o recipientes de 55 galones. Por lo general, en el campo se emplean botes de un cuarto de galón y las latas grandes para el cambio de aceite. Los recipientes se mantienen en el taller o en los camiones que transportan lubricantes.

Figura 2-32. Filtro de aceite de flujo pleno. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

Cuando se utilizan las cubetas de cinco galones o recipientes de gran capacidad, por lo general hay que verter o bombear el aceite a una botella o recipiente especial para facilitar poner el aceite en el motor. El tipo más eficiente es una botella de vidrio de un cuarto de galón con un pico vertedor de rosca con una tapa para que no se ensucie cuando no se usa. Para llenar la botella se quita el pico vertedor y se quita el tapón para llenarla. Cuando no está en uso, se deben colocar en su lugar para que no se pierdan o que no se ensucien.

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Nunca utilice un embudo común si puede evitarlo. Son difíciles de limpiar y de mantenerlos limpios. Nunca deje destapado ningún recipiente para aceite, pues le caerá mugre. Antes de abrir una lata de un cuarto, compruebe que la tapa de la lata y el abridor estén limpios.

GRASA La grasa, que es un lubricante sólido, se suele aplicar con bomba en los cojinetes u otras piezas a intervalos específicos para que siempre haya suficiente grasa adherida a las superficies de fricción y para expulsar los cuerpos extraños. La aplicación se puede hacer con pistolas de mano, neumáticas o con inyectores mecánicos que se describirán más adelante. Algunos cojinetes antifricción se empacan con grasa y se sellan en la fábrica y no vuelven a necesitar lubricación. Otras veces, hay que lubricarlos a intervalos periódicos que dependen de la velocidad, la carga y el riesgo de que penetren cuerpos extraños. Los bujes pueden requerir lubricación más frecuente, a veces cada cuatro o cinco horas de trabajo. El equipo para lubricación se describirá con mayor detalle más adelante. Mugre. Si se permite que la arena u otras partículas abrasivas se mezclen con la grasa, formarán una pasta abrasiva que desgastará con rapidez el metal más duro. La rapidez del desgaste aumenta con la velocidad y la carga.

Figura 2-33. Tapones para lubricante en la caja de engranes. (Cortesía de Euclid, Inc.)

Las bisagras que deben trabajar dentro de la tierra y no tienen sellos, como la mayor parte de los pasadores y bujes de las orugas, suelen durar más si trabajan secos que lubricados. Las piezas rotatorias requieren de lubricación salvo que trabajen a velocidades y con cargas muy pequeñas, por lo cual en casi todos los casos se necesitan sellos o aplicarles suficiente volumen de lubricante para poder expulsar la mugre. Lubricantes a base de asfalto. Los engranes descubiertos en las palas giratorias, otros tipos de engranes abiertos y, a veces, los cables de acero se deben lubricar con un compuesto negro, derivado del asfalto, parecido al alquitrán que se vende con diversas marcas tales como Crater Compound y Mobilcote S. En su estado natural es muy duro a temperaturas normales y no se puede aplicar con ninguna pistola engrasadora. Para aplicarlo, se calienta y se vierte en un chorro delgado sobre los engranes giratorios o se aplica con brocha en los estacionarios.

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Figura 2-34. Indicadores de la lubricación.

Habrá mínimas dificultades si el recipiente original, que suele ser una cubeta de 35 lb, se calienta y se vierte el lubricante en cierto número de botes pequeños. Se cuelga un bote junto o sobre el tubo o el múltiple de escape para que esté listo en cualquier momento. El lubricante se puede aplicar mezclado con un disolvente y sin calentarlo; se endurecerá cuando se evapore el disolvente. La forma más costosa pero más conveniente es comprarlo ya mezclado con disolvente en latas en aerosol y pulverizarlo según se requiera. Se deben aplicar pequeñas cantidades y con frecuencia, pues la mayor parte de una aplicación gruesa se escurre o se deshace en unos cuantos minutos. El residuo forma depósitos duros en la parte inferior que interferirán con los engranes u otras máquinas que haya debajo. Esa acumulación es muy difícil de eliminar, en particular si se ha mezclado con tierra. El lubricante a base de asfalto es pegajoso y no se puede quitar de la piel o de la ropa con limpiadores comunes. Sin embargo, se mezcla con aceite para ablandarlo y se puede quitar con trapos o con el lavado.

Comprobación de la lubricación. Si un cojinete lubricado produce rechinidos es que necesita grasa. Cuando un eje está soportado por un extremo en la caja de la chumacera, como en la figura 2—34, y el sello permite que el sobrante de grasa se escape, una unidad bien engrasada tendrá un anillo aceitoso alrededor del eje. Aunque a veces es posible aplicar suficiente grasa sin que aparezca el sobrante, es más seguro aplicar un exceso de grasa hasta que rebose. De lo contrario, un conducto obstruido o una fuga impedirán que un cojinete reciba lubricación, aunque se aplique grasa en la grasera con regularidad. Cuando se emplea ese sello, se puede ver si hay demasiada grasa porque fluye o gotea desde el extremo del eje. A veces, encontrará que el cojinete está seco y hay una pila de grasa vieja debajo de él, lo cual es señal de exceso de lubricación y de descuido, en ese orden. Si gotea un exceso de grasa al suelo no suele producir mucho daño; si se acumula en un piso o una saliente en la máquina, será una molestia y un peligro; si llega hasta los forros de un embrague o un freno, producirá serios daños.

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desalineado, puede estar sobrecargado o puede tener exceso de grasa o estar seco. Antes de hacer ningún trabajo, compruebe que el calor proviene del cojinete y no de las balatas o pastas de embragues o frenos cercanos o por alguna otra causa. El mecánico ya tiene suficiente trabajo con los desperfectos inevitables para todavía corregir los que se deben a lubricación deficiente. Por su propio beneficio, trate de vigilar a la cuadrilla de lubricación y a los operadores y ver que no lubriquen ni demasiado ni muy poco.

GRASERAS

Figura 2-35. Graseras hidráulicas. (Cortesía de Stewart-Warner Corp.)

Los sellos que no dejan pasar la grasa son más difíciles de comprobar. Por lo general reciben muy poca grasa y cuando se requiere más esfuerzo para bombear es que ya tienen suficiente. Consulte el manual de taller o al representante del fabricante para la aplicación en los cojinetes de bolas y rodillos. Algunos se instalan de modo que no se pueden lubricar en exceso y otros se dañarán con el exceso, debido al calentamiento y separación resultante del jabón y el aceite. Un cojinete que se calienta al grado de que su cubierta también está caliente necesita atención. Se puede estar desintegrado, el eje puede estar

Alta presión. Hay, cuando menos, seis tipos de graseras que se instalan en la maquinaria para poder aplicar grasa con las pistolas. Entre ellas, la que más se emplea es la grasera hidráulica (Fig. 2-35). La boquilla de la pistola tiene mordazas que se pueden separar al empujarlas sobre la parte superior de la grasera y se cierran debajo de la cabeza. La alta presión producida en la pistola empuja contra la cabeza y trata de desprender la pistola, pero también oprime las partes superiores de las mordazas hacia fuera y empuja las partes inferiores hacia dentro para que agarren con más firmeza. Si la grasa pasa con libertad y a baja presión, se tira de la boquilla para sacarla. Si la presión es alta, hay que inclinarla de lado hasta que la boquilla toca el reborde y abra las mordazas. La bola de retención y el resorte impiden que la grasa retorne desde el

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cojinete; en algunas graseras pequeñas no se utilizan. La grasera Zerk o de empuje es similar pero no tiene ningún punto para sujetar la boquilla. En algunos casos se la ha sustituido por la grasera hidráulica. Las pistolas Zerk funcionan con cualquier tipo de grasera, pero las pistolas hidráulicas sólo funcionan con estas graseras. Estos dos tipos de pistolas tienen la ventaja de la rapidez, y la hidráulica produce un sellado más positivo. Las roscas estándar son para tubo (P. T.) de 1/8 in, de ¼ in para graseras muy grandes o de ¼ in-28 en las pequeñas. Hay disponibles otras roscas para usos especiales. Muchas graseras pequeñas no tienen rosca y se instalan a presión, pero no son para presión alta de la pistola. Las graseras hidráulicas grandes (con rosca P. T. de ¼ in), a veces constan de la grasera en sí pequeña atornillada o instalada a presión en una base grande. La parte pequeña se puede salir al separar la pistola. Si hay muchos problemas, se deben utilizar graseras de una pieza o las de rosca P. T. de 1/8 in en bujes de 1 a ¼ in. Las graseras hidráulicas se hacen en muchos ángulos y longitudes. Se pueden hacer extensiones especiales con tubo de 1/8 in. Si la grasa se escapa en el punto de unión de la grasera con la boquilla, suele ser señal de que una de ellas, casi siempre la grasera, está dañada o mellada y la boquilla no puede asentar bien y hay que sustituir la grasera. Es fácil tener unas cuantas para repuesto en la caja de herramientas.

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Figura 2-36. Grasera y boquilla hidráulicas. (Cortesía de Stewart-Warner Corp.)

La grasera de cabeza de botón (Fig. 2—38) tiene una superficie plana sobre la cual se desliza la boquilla. Se puede limpiar con un trapo aunque esté seca o húmeda. Es de acoplamiento más preciso, más resistente que la hidráulica y tiene un conducto más grande para la grasa. Está disponible en tamaños estándar y gigante, con diversos tamaños de roscas. Un tapón bajo carga de resorte mantiene la abertura para grasa llena al ras con la superficie y se desliza hacia dentro al aplicar la grasa.

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La boquilla de la pistola suele estar montada en una manguera y para conectarla con la grasera se empuja, jala o se mueve de lado. La fuga de grasa alrededor de ella suele ser señal de que el sello de neopreno en la cara de la boquilla está dañado o gastado. La boquilla no se puede desprender mientras la grasa esté a alta presión. Graseras especiales. Se pueden obtener graseras con un depósito para almacenar la grasa y descargarla con lentitud. Si el cojinete tiene muy poca holgura, sólo se le suministrará grasa cuando esté en movimiento. Esta grasera se ilustra en la figura 2-39. La grasa que se aplica por la grasera en sí está restringida por el extremo inferior agrandado de un pasador dosificador, sube al depósito, empuja el impulsor y comprime el resorte. Cuando se llena el depósito, el pasador dosificador cierra el conducto. Durante el llenado se lubrica en forma directa la grasera. Después, la presión del resorte impulsor alimenta la grasa en forma gradual alrededor del pasador dosificador y hacia el cojinete.

Figura 2-37. Grasera Zerk y boquilla. (Cortesía de Stewart-Warner Corp.)

Figura 2-38. Grasera de cabeza de botón y boquilla. (Cortesía de Stewart-Warner Corp.)

Los cojinetes y sus cubiertas se deben proteger contra las altas presiones por medio de graseras con una válvula de desahogo que permita que el exceso de lubricante salga por un lado o a lo largo de una ranura en las roscas. Se puede utilizar un buje es-

Figura 2-39. Grasera con depósito. (Cortesía de Stewart-Warner Corp.)

Fricción, cojinetes y lubricación

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Figura 2-40. Graseras agrupadas.

pecial con una grasera estándar para tener el mismo efecto. Si se utilizan estas graseras los dueños de las máquinas ahorrarán mucho dinero en reparaciones ocasionadas por el exceso de grasa. También existen graseras en las cuales se cierra el conducto cuando se ha aplicado cierta cantidad o se ha llegado a determinada presión. La» graseras para la bomba del agua pueden estar roscadas para colocar tapones herméticos al agua y a la mugre. Graseras agrupadas. En la unidad de avance de una pala giratoria, a veces se emplea un grupo de graseras en un lugar conveniente desde las cuales se distribuye el lubricante por tubos separados a puntos de fricción difíciles de alcanzar. Son muy convenientes y, sin ellas, muchos de esos puntos no se lubricarían. Sin embargo, los tubos son susceptibles de daños con los escombros o basura en el suelo que puedan entrar a la máquina y, también, se pueden obstruir con mugre y grasa endureci-

da. Se advierte que un tubo está roto porque la grasa penetra con demasiada facilidad; uno obstruido, porque no se puede introducir la grasa en la grasera. Un tubo roto que tiene una obstrucción o aplastamiento antes del sitio de la rotura puede recibir la grasa con facilidad. Revise los tubos de vez en cuando. Métase debajo de la máquina con una lámpara y haga que otra persona aplique grasa. Pronto encontrará hacia donde se va. Cualesquiera tubos dañados se deben reparar o sustituir de inmediato. Es muy importante que haya una grasera para cada punto, pues de otra manera la grasa puede seguir el camino de mínima resistencia y puede lubricar en exceso en un punto y no llegar a cualesquiera otros que estén conectados con el mismo tubo. Los puntos que requieren engrasarse con tanta frecuencia, de modo que puedan entorpecer el trabajo, deben tener graseras con depósito. Lubricación centralizada. Los equipos de lubricación centralizada,

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que son más complejos, se emplean casi siempre en el equipo muy grande y distribuyen el lubricante en cierto número de graseras desde un tanque central. Pueden ser de accionamiento manual o automático y sólo es necesario mantener lleno el tanque de lubricante. Estos sistemas se destinaron para maquinaria de fábricas que está fija en el piso, en lugar de chocar contra roscas y arrastrarse en el suelo como el equipo de construcción. Cualquier lubricador puede dejar de entregar lubricante en uno o más puntos por alguna de tres razones. Puede haber una falla en el mecanismo distribuidor, el tubo que llega hasta el punto de lubricación o la pieza que se lubrica puede estar obstruido o el tubo puede estar desconectado o tener fugas. Algunos sistemas tienen una alarma de uno o dos tipos de falla, pero rara vez de los tres. Por ello, es importante revisar los puntos de lubricación con frecuencia para ver si reciben grasa. Inspección. Siempre que llegue una máquina para servicio, haga una revisión rápida de las graseras. Puede encontrar señales de que toda la máquina o partes de ella no se han lubricado en mucho tiempo. Por supuesto, hay que tener en cuenta el tipo de servicio y la ubicación de las graseras pero, en general, el metal seco y la grasa apelmazada y sucia señalan demasiado tiempo desde la última lubricación. Un anillo de grasa vieja o nueva alrededor de una grasera hidráulica es señal de que la grasera o la boqui-

lla de la pistola están deficientes. Si una sola grasera de un grupo en donde se aplica la misma pistola muestra este desperdicio de grasa, es que está deficiente y se debe sustituir. Si todas las graseras se ven iguales, la causa más probable es la boquilla. Para determinarlo, pruebe con una pistola diferente. Una pelota de grasa en un lado de la grasera puede ser señal de que está deficiente y que se aplicó la grasa desde un ángulo incorrecto. Con la instalación de una grasera nueva con un ángulo diferente, se pueden resolver ambos problemas. Limpieza. Es muy importante limpiar con trapos todos los tipos de graseras antes de lubricar, pero las Zerk y las hidráulicas no se deben limpiar mucho antes. El polvo y la mugre pueden penetrar en la abertura de una grasera ya limpia y las empujarán hacia el cojinete. Una grasera sin limpiar, por lo general, conserva un poco de grasa sobre la abertura que atrapará la mugre; por ello se debe limpiar justo antes de lubricar. Debido a su superficie lisa y continua, la grasera de cabeza de botón se puede limpiar en cualquier momento.

PISTOLAS ENGRASADORAS Pistolas de mano. La casi totalidad de las pistolas engrasadoras de mano que se fabrican son del tipo de palanca. En la figura 2—41 se muestra un corte de una pistola típica. El barril cilíndrico tiene un acabado interior

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Figura 2-41. Pistola engrasadora de mano del tipo de palanca. (Cortesía de Stewart-Warner Corp.)

liso. Un resorte de poca carga empuja al pistón metálico con empaques de cuero hacia la cabeza. La varilla impulsora se utiliza para hacer volver el pistón contra el resorte cuando se vuelve a llenar por succión. La ranura de collar en la varilla permite fijarla hacia fuera para más facilidad al llenarla con grasa. La cabeza tiene una conexión por la cual se puede bombear la grasa hacia el depósito y tiene también un conducto desde el depósito hasta el tubo para la boquilla. Un pistón accionado por la palanca se mueve hacia arriba y abajo en este conducto, en el cual hay una bola de retención. Cuando se mueve el pistón hacia arriba, la válvula de retención impide que lo sigan la grasa o el aire del tubo. Con esto, se produce un vacío de modo que, cuando se abre el conducto hacia el depósito, se succiona la grasa hacia el conducto. Se empuja la grasa por la carga del resorte impulsor y por el aire que entra al barril alrededor de la varilla impulsora por la tapa posterior. Cuando se mueve el pistón hacia abajo, cierra el conducto del depósito,

empuja la grasa hacia abajo y comprime el resorte de retención para que la grasa pueda pasar por la válvula hacia el tubo. Cuando se mueve el pistón hacia arriba, la válvula de retención se cierra y el conducto se llena desde el depósito. El pistón pequeño y la palanca grande permiten que esta pistola produzca presiones hasta de 10 000 psi. Casi todas las boquillas y graseras están construidas para trabajar con una presión de 20 000 psi. Sin embargo, los sellos y cubiertas de las piezas que se lubrican, a menudo se tuercen o rompen con una presión más baja, por lo cual se debe tener cuidado al aplicarles la grasa. Llenado. La pistola se puede llenar en tres formas. Lo más fácil es bombear la grasa por la conexión en la cabeza, desde una bomba cargadora. Hay que tener cuidado para no bombear aire junto con la grasa. .Si no se tiene conexión o bomba para carga, se destornilla la cabeza, se limpia la cabeza del barril y se empuja lo más posible dentro del recipiente de grasa y se saca con lenti-

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A. B. C. D.

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Boquilla Vástago Copa deslizable Empaquetadura

E. Pistón F. Resorte principal G. Pistón impulsor

Figura 2-42. Pistola engrasadora de mano del tipo de empuje. (Cortesía de Stewart-Warner Corp.)

tud el brazo impulsor. Si la grasa es lo bastante delgada para que fluya, se la succionará al barril. Puede ser necesario mover la pistola en el recipiente para que no entre aire. Cuando el impulsor está totalmente hacia atrás, se lo gira para fijarlo, se atornilla la cabeza y se suelta el impulsor. Es conveniente tener la grasa en un lugar caliente para mantenerla lo bastante blanda para que fluya. Si no se puede bombear o succionar la grasa en la pistola, se puede poner con una espátula pequeña y apretarla para expulsar el aire. Con esté método es difícil evitar las bolsas de aire. El aire en la grasa formará una bolsa en los conductos, que impedirá el funcionamiento de la pistola. La obstrucción puede ser temporal hasta que se expulsa todo el aire, o permanente si la pistola está tan gastada como para permitir que retorne junto con el pistón hacia el depósito. El aire tarda mucho más en pasar por la cabeza que el mismo volu-

men de grasa. Pero, a veces, se dice que una pistola tiene bolsa de aire cuando la dificultad, en todo o en parte, es algún cuerpo extraño que impide el asentamiento correcto de la bola de retención. Esto permite succionar grasa o aire al cilindro desde el tubo de salida en la carrera ascendente y empujarlos dentro de él en la carrera descendente. En cualquier caso, la corrección es desarmar la pistola, limpiarla y cargarla con grasa nueva. El tubo de salida es un tubo de 1/8 in o una manguera del tamaño equivalente, con rosca de tubo. Se le puede instalar cualquiera de las boquillas estándar. La grasa espesa no se moverá en forma adecuada con este tipo de pistola, pues la combinación de presión atmosférica y del resorte quizá no sea suficiente para hacerla fluir. Para que funcione, se le pueden dar unos golpecitos o calentarla. Se tienen mejores resultados si el pistón impulsor está construido de modo

Fricción, cojinetes y lubricación

que se pueda fijar la varilla en él (como en este ejemplo), a fin de poder aplicar presión mientras se bombea. Se puede obtener una pistola especial en la cual se empuja la grasa a lo largo de ella al girar un impulsor roscado. La pistola del tipo de empuje (Fig. 2—42) es conveniente para lugares poco accesibles o muy altos. Las más modernas se pueden llenar con la conexión para carga, pero en las más antiguas, hay que quitar la tapa de la cabeza, sacar el impulsor y empacarla a mano. La cantidad de grasa que contiene se determina por la distancia que sobresale la manija. Se sujeta la pistola por la manija y se empuja contra la grasera. Después de que agarra la boquilla, el extremo de la pistola se desliza sobre un émbolo para empujar la grasa hacia la grasera. Luego, se elimina la presión, el resorte empuja la manija, se vuelve a llenar el vástago con grasa y está lista para la siguiente aplicación. Una válvula de retención en la boquilla impide la entrada de aire al vástago. Las pistolas del tipo de tornillos son de construcción sencilla. La varilla impulsora está roscada y al girarla en la tapa trasera empuja al pistón impulsor contra la grasa para que salga a la boquilla. Bombas para cubetas. Incluyen todas las bombas de mano de gran capacidad. Sólo se describirán algunos de los modelos disponibles. La presión varía desde unas cuantas psi en las bombas de transferencia hasta

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15 000 psi en los modelos de trabajo pesado. Estas bombas suelen constar de la cubeta, la tapa de la cubeta, la bomba de mano montada en la tapa, una manguera y una boquilla. En la figura 2-43 se ilustra una bomba Alemite de alto volumen para cubetas. La palanca de descarga de presión abre una derivación para que la grasa bombeada vuelva a la cubeta y la manguera también pueda descargar en la cubeta o tanque. Esto permite la descarga de cualquier presión que haga que una boquilla se pegue en una grasera, permite empujar la palanca a la posición para transporte sin que salga grasa por la boquilla y permite cebar la bomba después de llenarla, sin enviar aire hacia la manguera. En la figura 2-44 se ilustra una bomba accionada por pedal. En la fábrica, se le puede instalar un pistón pequeño para alta presión o un pistón grande para presión y volumen medianos. La bomba cargadora de la figura 2-45 incluye un soporte para colocar una pistola de mano, que se puede cargar por acción mecánica al conectar la conexión cargadora de la pistola, en el cargador en la bomba. En la figura 2-46 se ilustra una bomba que se monta directamente en una cubeta de grasa de 25 lb. Estas bombas funcionan a baja presión y sólo manejan grasas delgadas o semilíquidas. Para mover lubricante líquido para engranes y de otros tipos se emplean bombas de transferencia porta-

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

tiles, un tanto similares, accionadas por manivela, la cual acciona una bomba del tipo de pistón. Se utilizan una boquilla abierta o un grifo de gatillo en el lado de descarga de la manguera. Bombas neumáticas. Siempre que es posible, muchas bombas se accionan con aire comprimido; algunas de ellas son para montarlas en un tambor estándar de 55 galones (400 lb). Una sola biela vertical conecta un motor neumático de un cilindro, de doble acción con el pistón de la bomba

para grasa, el cual es hueco y tiene una bola o balín en un asiento maquinado en la parte inferior. Cuando el pistón se mueve hacia abajo, se abre la válvula de retención y se llena el pistón. Cuando se mueve hacia arriba la bola asienta y se envía la grasa al espacio alrededor de la biela y sale por la boquilla. El cebador mecánico es un émbolo grande que empuja la grasa hacia la válvula de retención en cada carrera ascendente. Cuando se conecta esta bomba con el tubo o manguera para aire, empieza a funcionar hasta que se produce

Figura 2-43. Bomba para cubeta. (Cortesía de Stewart-Warner Corp.)

Fricción, cojinetes y lubricación

la presión total en el tubo o manguera para grasa. Luego, esta presión corta el aire porque cierra el conducto que hay en la válvula de gatillo. Entonces, se dice que la bomba está equilibrada o balanceada. Cuando se reduce la presión de la grasa, se deja entrar aire otra vez y se reanuda el bombeo. Estas bombas están disponibles en tipos para alta y baja presión y hay otras similares para mover aceite en gran volumen y a presión muy baja. Sus desventajas son el elevado costo inicial y la necesidad de mantener un suministro de aire comprimido. Para empacar un cojinete. Hay mucha diferencia en la cantidad de grasa que se puede empacar en los cojinetes. Para llenar algunos cojinetes de rodillos se necesita una libra o más, mientras que un buje pequeño sólo tiene capacidad para una descarga de una pistola de mano. Aunque la capacidad de grasa sea grande, los sellos en buenas condiciones la retienen hasta que ya no haya lugar para más. Si no hay sellos de grasa o son del tipo que permiten la libre salida de grasa, por lo general se sigue aplicando grasa hasta que se ve o se oye que sale alrededor del eje. Esto llena el espacio para grasa y expulsa la mugre. Pero, si la salida de grasa no está a la vista o si sale sin ningún ruido, se desperdiciarán grasa y tiempo hasta que se la vea aparecer, con lo cual se embadurnarán la máquina, el piso o ambos. Cuando una grasera recibe una cantidad anormal de grasa, revise

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Figura 2-44. Bomba de pedal para cubeta. (Cortesía de Stewart-Warner Corp.)

hacia dónde se va. Puede haber una pieza rota o un tapón faltante. Si un sello impide el paso de la grasa, no la aplique a la fuerza, pues lo más probable es que se romperá el sello y pronto habrá un cojinete sucio e inutilizado. La presión de 10 000 psi que puede producir una pistola, puede incluso reventar una cubierta y ocasionar una reparación inmediata y costosa. Muchos lugares donde se supone que la grasa fluye libremente por todo el eje, se obstruirán con mugre y grasa seca. La obstrucción puede ser en el conducto que llega al cojinete o en un sello formado por la grasa alrededor del eje. En cualquier caso, se trata del resultado de lubricación insuficiente. Se puede despejar con varias descargas de grasa a alta presión una tras otra, al aplicar un aceite aflojador en vez de grasa, limpiando el tubo con un alambre o mediante la rotación o cambio de peso sobre

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Figura 2-45. Cargador para pistola de mano. (Cortesía de Stewart-Warner Corp.)

la pieza mientras se aplica la grasa, o haciendo detonar una espoleta fulminante en su interior o desarmando la unidad. Pero compruebe que su trabajo no producirá sólo la destrucción de un buen sello hermético. Camiones para lubricación. Cuando una empresa constructora tiene 10 o más máquinas en el campo, quizá pueda comprar o construir una unidad móvil para lubricación, como las unidades mostradas en las figuras 2-47 y 2-48. Son sólo ejemplos de disposiciones posibles de equipo. Se dispone una gran variedad de equipos y de planos de instalación. El vehículo más común es un camión de plataforma con capacidad para 2 toneladas o más. Un pickup con suspensión y caja reforzadas puede llevar una unidad pequeña. Se

puede utilizar una camioneta de caja cerrada en climas muy fríos o en tiempo de lluvias. Para terrenos muy accidentados se emplean camiones de tracción en las cuatro ruedas. Los semirremolques son adecuados para emplearlos parte del tiempo, pues se pueden estacionar y utilizar el tractor para otros trabajos. Cualquiera que sea el vehículo siempre debe estar en buenas condiciones. Un camión para lubricación puede llevar entre 2 y 10 cilindros de grasa y aceite, que pesan unas 400 Ib cada uno, además un motor auxiliar de gasolina para impulsar un compresor, una bomba neumática en cada tambor que esté en uso (se puede llevar otros de reserva) y un carrete para mangueras para cada lubricante. Los carretes reciben el lubricante a lo largo de sus ejes y lo hacen llegar

Figura 2-46. Bomba para tapa de cubeta. (Cortesía de Stewart-Warner Corp.)

Fricción, cojinetes y lubricación

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Figura 2-47. Camión para lubricación. (Cortesía de Stewart-Warner Corp.)

a una conexión en la manguera. Pueden ser de acción manual o tener resortes de retorno que permiten sacar la manguera y volver a enrollarla al soltarla. Las boquillas pueden ser normales o tener medidores. Las bombas neumáticas mantienen la presión en las mangueras en forma automática. El camión puede llevar, además de los lubricantes, recipientes con combustible, agua o anticongelante. Si no se lo utiliza todo el tiempo para lubricar, se puede equipar con un generador eléctrico pequeño, taladros o barrenas, luces, tornillo de banco y herramientas a fin de poder utilizarlo en reparaciones en el campo.

Los costos de adquisición en Estados Unidos pueden variar desde 1000 dólares del equipo más sencillo montado en el camión del propietario hasta más de 25 000 dólares para una instalación completa montada en un camión nuevo de 4 × 4. La lubricación la pueden efectuar una o dos personas. El tiempo por máquina varía mucho, pues algunas sólo tienen entre uno y tres puntos para engrase diario mientras que otras tienen 30 o más. Además de la lubricación diaria se requiere otra más completa cada semana o cada mes, además de que se hacen cambios de aceite de motor, transmisión, mandos finales y sistema hidráulico de

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Figura 2-48. Instalación de componentes en camión para lubricación. (Cortesía de Stewart-Warner Corp.)

acuerdo con los programas por horas o por temporada. Se pueden colocar en fila, las máquinas al final de una jornada y ser lubricadas por una persona a un ritmo de dos a 12 por hora, con un promedio de tres a cinco a largo plazo. Las máquinas que se encuentran esparcidas en los distintos lugares de trabajo requieren de recorridos y tiempo adicionales. Si acostumbra parar las máquinas en servicio, se requerirá de mayor tiempo y la interrupción del trabajo puede resultar costosa. El tiempo que destina la cuadrilla de lubricación o el número de camiones o cuadrillas necesarios, se puede reducir mucho si se hace que los operadores se encarguen ellos mismos de la lubricación ligera. Algunas empre-

sas constructoras delegan toda la responsabilidad en los operadores y en el personal encargado del aceite, pagándoles tiempo extra por esta labor. Cuando la lubricación se debe efectuar durante las horas de trabajo, se pueden utilizar unidades estacionarias en vez de camiones, o bien, tener un camión estacionado a lo largo del camino de trabajo. Una encuesta de la revista "Construction Methods and Equipment" reveló que las empresas constructoras utilizan un camión para lubricación para siete hasta 110 unidades, y la cifra usual es entre 20 y 80. Algunos que pueden tener hasta 80 máquinas en carretera utilizan sólo lubricación a mano y/o con rampas fijas para engrase.

Fricción, cojinetes y lubricación

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Preguntas de repaso del capítulo 2 Las respuestas aparecen al final del libro, después del índice. 1. ¿En qué componente se suele montar un buje? 2. ¿Hay que lavar los cojinetes nuevos antes de instalarlos? 3. ¿Qué tipos de cojinetes se suelen instalar con precarga? 4. ¿Cuántas veces se debe usar un sello anular? 5. El rechinido en un cojinete lubricado es señal de que se necesita __ 6. ¿Con qué se fijan los bujes contrala rotación? 7. ¿Hay fricción en los líquidos y gases? 8. ¿Se deben limpiar todas las graseras después de aplicar lubricante? 9. ¿Qué suelen formar la grasa y la arena si se mezclan? 10. ¿Qué compuestos se necesitan en el aceite lubricante para motores diesel?

11. Las bombas en un camión para lubricación se accionan con _____ 12. La forma más fácil de llenar una pistola engrasadora de mano es con ______________________ . 13. El agua en una caja de engranes es posible que dañe _________ . 14. Un enfriador de aceite se llama también ___________________ . 15. Las huellas digitales en los cojinetes pueden iniciar la ________ . 16. ¿Qué clase de superficie hay en la grasera de cabeza de botón? 17. El mejor extractor para cojinetes es ______________________ . 18. ¿Qué metal poroso tiene los espacios llenos con aceite? 19. ¿Se debe desechar un cojinete por que está manchado? 20. ¿Qué tipo de cojinetes tiene la mínima fricción?

3 Plano inclinado PLANO INCLINADO El plano inclinado (pendiente) es otra máquina simple que se emplea para cambiar las relaciones potencia: velocidad o potencia: distancia. Sus principales aplicaciones son la rampa, los hilos de una rosca, la cuña y la excéntrica o leva, todas ellas importantes en la maquinaria pesada. Rampas. Las rampas se pueden utilizar para disminuir la fuerza requerida para elevar objetos pesados. En la figura 3-1 se ilustra un rodillo de 150 lb que se va a colocar en la carrocería de un camión a tres pies sobre el suelo. Dos hombres podrían elevarlo al camión, pero uno solo lo puede empujar con más facilidad hacia arriba en la rampa. Una rampa larga tiene menos pendiente ascendente que una corta para la misma altura y requerirá menos fuerza para subir un objeto por ella, pero el empuje se debe aplicar durante un tiempo más largo. La fricción puede ser muy importante para determinar si se debe utilizar un plano inclinado, ya que una carga deslizable en una rampa áspera podría ocasionar ma-

yor resistencia por fricción que la de su propio peso. La ventaja mecánica (VM) de un plano inclinado (sin tener en cuenta la fricción) se determina al dividir su longitud entre su altura. En la ilustración la ventaja es de tres, lo cual significa que la fuerza requerida para hacer rodar el rodillo hacia arriba es la tercera parte de la necesaria para elevarlo en sentido vertical. Otro empleo de las rampas es para mantener en buena posición un objeto que se eleva. Se podría subir una caja pesada a este camión con un malacate montado en la carrocería. Aunque habría mucha potencia para subir la caja en línea recta, se engancharía debajo de la parte trasera de la carrocería y sólo se la podría subir con ayuda de cables, palancas, etc. Gato de tornillo. El gato que se ilustra en la figura 3-2 es una aplicación del principio del plano inclinado. El eje central de 2 in del gato tiene rosca en espiral que acopla con una rosca similar en el cuerpo del gato. Al girar el eje con una barra colocada en un agujero en su parte

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Figura 3-1. Ventaja mecánica de una rampa.

superior se hace que el eje se eleve sobre la rampa circular formada por las roscas. Una vuelta completa del eje lo eleva la distancia vertical entre dos roscas. En mecánica, la palabra PASO significa la pendiente de una superficie si va acompañada por la mención de un ángulo o la distancia entre dos roscas contiguas de un tornillo, dientes de un engrane o eslabones de una cadena cuando va seguida por una dimensión en pulgadas o fracciones de pulgada.

La rosca de este gato tiene paso de ¼ in. A su distancia de 1 in desde el centro del eje (la mitad del diámetro de 2 in), se tiene una relación de 4:1. La barra actúa como palanca de segundo orden y el trabajo está en la rosca. Si la barra tiene 20 in de longitud el lado de potencia se mueve en un círculo de 40 in de diámetro, es decir, una distancia de 40 × 3.14 o 125.6 in. Dado que se requieren cuatro vueltas para elevar la carga 1 in, la palanca recorre 4 × 125.6 o 502.4 in (redondeado a 502 in) con lo cual el gato tiene un brazo de palanca o ventaja mecánica (VM) de 502.

PERNOS Y TORNILLOS Los pernos y tuercas son la mejor aplicación conocida del método de empleo de roscas para convertir movimiento rotatorio en tracción, empuje o sujeción en línea recta. El mecánico trabaja constantemente con ellos y debe conocer sus funciones. Otras aplicaciones del método son los tornillos para madera y metal así como los ajustadores roscados. Figura 3-2. Gato de tornillo.

Roscas. Las dos roscas en medidas inglesas que más se utilizan son

Plano inclinado la rosca gruesa americana unificada (UNC) y la rosca fina americana unificada (UNF), llamada a veces SAE. La rosca gruesa es la que más se emplea. Está cortada más profunda en el perno, cada hilo es ancho y grueso y tiene un paso más inclinado para que se apriete con sólo 2/3 partes de la revolución requerida con la misma longitud de rosca fina. Por tanto, no se puede apretar tanto con la misma llave como la fina, pero se aprieta con más rapidez. La rosca gruesa, por comparación con la fina, es más fácil para empezar a girar sin que se trasrosque, en particular en lugares difíciles de alcanzar y es menos posible de que se barra o se inutilice por la herrumbre o el manejo descuidado. Las roscas finas producen mayor tensión en el perno con el mismo esfuerzo en la llave; son más adecuadas para los ajustes, no reducen tanto la resistencia del perno y es menos probable que se aflojen. Las cabezas y las tuercas son más estrechas y se necesita menos espacio. Un perno de rosca fina es alrededor de 10% más fuerte que uno de rosca gruesa del mismo tamaño y material. Sin embargo, la rosca en sí es más débil. En general, una rosca gruesa tendrá suficiente resistencia física para permitir que se rompa el perno al girar la tuerca, pero la rosca fina se barrerá antes de que se rompa el perno. La longitud estándar de la rosca, medida del extremo del perno hasta el último hilo completo suele ser el doble que el diámetro del perno más

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¼ in en pernos hasta de seis in de longitud y el doble del diámetro más ½ in en los de más de seis in. Los pernos de cabeza ranurada, los prisioneros y los que son muy cortos para tener la longitud estándar de rosca, están roscados hasta la parte inferior de la cabeza. Las roscas gruesa y fina suelen ser derechas. Para apretar un perno colocado vertical en una base roscada o una tuerca colocada en un perno vertical, se gira la cabeza hacia la izquierda de usted. Si coloca el perno o tuerca en posición horizontal y observa la punta como si fuera la carátula de un reloj, se aprieta al girarlo hacia la derecha, en el sentido de las manecillas del reloj. La rosca del perno se llama externa o macho; la de la rosca, interna o hembra.

Fina

Gruesa

Figura 3-3. Roscas de los pernos.

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Rosca izquierda. La rosca izquierda se utiliza en algunas aplicaciones especiales. Los espárragos (birlos) y las tuercas de las ruedas del lado izquierdo en los vehículos muchas veces tienen rosca izquierda. Esto se debe a que la parte de la rueda que está más lejana del mango o del semieje se mueve más distancia y con más rapidez que la parte interna cuando gira la rueda. Cuando se aplican los frenos, el impulso adquirido hace que el exterior de la tuerca trate de hacerla girar al frente y con ello se podría aflojar una rosca derecha. Las tuercas de rosca izquierda, a veces, tienen una ranura en las aristas. Un torniquete o templador (Fig. 3-4) es un marco con rosca derecha en un extremo y rosca izquierda en el otro. Se enroscan varillas con contratuercas, descritas más adelante en este capítulo en el marco o tensor. Si las varillas están sujetas en otras partes de la máquina, al girar el marco en sentido opuesto a usted, se aplicará tracción en las varillas; al girarlo en sentido opuesto hará que salgan las varillas.

El torniquete o templador se utiliza para ajustar la longitud de varillas y cables durante la instalación y para compensar el alargamiento durante el servicio. Los torniquetes se suelen aflojar con la vibración o los choques frecuentes, a pesar de las contratuercas. Si las varillas no pueden girar, se puede evitar que se cambie su longitud o se desprendan si se enreda un alambre desde el torniquete hasta un punto lateral, de modo que no pueda girar. Una conexión con horquilla, descrita en el capítulo 14, es más estable y se utiliza con más frecuencia. Tornillos de máquina. Los tornillos de máquina tienen cabezas ranuradas o especiales para utilizar destornilladores o apretadores mecánicos. En los tamaños pequeños, se miden por calibre en vez de fracciones de pulgada. La escala de este calibre es la inversa de la de los alambres, porque el número aumenta de acuerdo con el diámetro. En la figura 3—5 aparecen las especificaciones de muchos de estos tornillos. La longitud es variable y son de rosca derecha, excepto en tornillos especiales.

Plano inclinado

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Los tornillos de máquina se identifican con dos números: primero, el calibre y después el número de roscas por pulgada. Un tornillo de rosca gruesa podría ser 8-32; uno de rosca fina, 8-36. Otras roscas. La rosca de tubo es gruesa y sólo se emplea en los tubos y sus conexiones. El tubo de pared delgada suele tener rosca fina. La rosca de un tubo de pared delgada no acoplará con la de un tubo estándar y si se trata de acoplarlas a la fuerza se dañarán. Las roscas métricas para pernos y tuercas pueden ser gruesa (estándar) o fina. Calidad del acero. Los aceros utilizados para los pernos y tornillos tienen clasificación de resistencia en las normas de la Society of Automotive Engineers y el tipo de acero se indica con un número SAE. Empiezan desde el grado cero que no tiene clasificación ni se someten a pruebas hasta el grado 8, que es acero de aleación de alta calidad de grano fino. Estos grados tienen una resistencia nominal mínima a la tracción

Figura 3-6. Aceros para pernos y marcas en las cabezas.

Figura 3-5. Roscas para tornillos de máquina.

expresada en libras/pulgada cuadrada (psi). Los grados más comunes de los pernos con que trabajará son: Grado 1: resistencia mínima a la tracción 55 000 psi.

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Figura 3-7. Diversos pernos y tornillos.

Grado 2: resistencia mínima a la tracción 64 000 psi. Grado 5: resistencia mínima a la tracción 105 000 psi. El grado 1 es acero al bajo carbono utilizados en pernos de máquina de cabeza cuadrada, tuerca cuadrada, rosca gruesa y tienen acabado negro. El grado 2 es un acero al bajo carbono algo más fuerte que se emplea en tornillos de cabeza con cabeza y tuercas hexagonales. Este grado es del color natural del acero llamado acabado brillante y son de rosca gruesa y fina. El grado 5 es acero al mediano carbono que se ha templado con un procedimiento llamado de enfriamiento por inmersión y endurecimiento. Suelen tener rosca gruesa y son de acabado negro. Se identifican por tres rayas radiales en la cabeza, como se muestra en la figura 3-6. El fabricante puede grabar alguna letra de identificación de su marca en el centro, pero las líneas son las que indican la calidad o resistencia.

En el resto de las cabezas de pernos descritos en la figura 3—6 son de aceros menos comunes y suelen ser pernos especiales. Lo único que se debe recordar es que una cabeza de perno con las rayas es de alta resistencia y, en general, cuanto más rayas radiales tenga, mejor y más costoso será. Tipos. En la figura 3-7 se ilustran los tipos principales de pernos y tornillos con que trabajará y sus nombres. Hay que evitar lo más que se pueda emplear el tornillo de máquina de cabeza cuadrada, pues en el equipo pesado la mayor parte de los pernos y tuercas se localizan en lugares de difícil acceso, la diferencia entre la cabeza cuadrada y la hexagonal estriba entre poder girarla con una llave o tener que cortarla. Además, el acero es un tanto blando y se estira con facilidad en muchas aplicaciones. El tornillo de cabeza hexagonal, de acero grado 2 se emplea en casi todas las máquinas en que usted trabajará

Plano inclinado

excepto en sitios sometidos a «esfuerzos especiales. Si resulta que es muy débil en un lugar determinado por que tiene estiramiento, aflojamiento o roturas persistentes, se lo puede sustituir por tornillos del mismo tamaño, de mayor resistencia, de grado 5. Muchos problemas molestos de servicio se han resuelto en forma definitiva en esta forma sencilla. Un perno de rosca fina es alrededor de 10% más fuerte que uno de rosca gruesa del mismo tamaño. El perno de carro de cabeza redonda se emplea en sitios en donde sería difícil alcanzar la cabeza con una llave. En la pieza se hace un agujero cuadrado en donde penetra la parte cuadrada del vástago, con lo cual el perno no puede girar con la tuerca. Los pernos escalonados son de construcción similar, pero de diferentes proporciones. Ninguno de estos pernos se utiliza mucho en equipo pesado, pero los pernos de carro son muy comunes en la maquinaria agrícola. El tornillo de arado está configurado para instalarlo en un agujero avellanado y para que no gire, se utiliza una parte cuadrada o una cuña en el asiento y en la cabeza del perno. Igual que el perno del carro no girará junto con la tuerca cuando quede colocado. La cabeza plana ajusta al ras con la superficie y no tiene ningún saliente, con lo cual no se perjudica la superficie lisa de la mancera de un arado, de una hoja de bulldozer o el extremo o filo de una taza o escrepa. Estos pernos se pueden obtener en acero estándar o de alta resistencia. Trate siempre de utilizar los de mayor re-

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sistencia que, a veces, quizá no sean lo bastante fuertes. Les tornillos prisioneros tienen rosca hasta la cabeza. Los largos son muy útiles, pues se pueden emplear para sustituir un tornillo del mismo tamaño y de cualquier longitud y se les corta el sobrante. Asegúrese de que el tornillo tenga colocada una tuerca antes de realizar el corte. Es difícil poner tuerca en un tornillo acabado de cortar si no lo alisa con lima, pero la tuerca debe alinear los extremos de las roscas al sacarla. Los pernos pijas se utilizan en madera. Se pueden hincar como clavos en madera blanda, pero es mucho mejor taladrar un agujero de guía alrededor de 15% más pequeño que el perno y después, se lo puede hincar o atornillar. Si se hinca sin agujero de guía, se puede doblar o rajarse la madera. Se pueden utilizar las pijas al trabajar en plataformas de palas o puentes de troncos. Los tornillos prisioneros, cuyo empleo principal es para fijar piezas en los ejes, se ilustran en la figura 1-19. Espárragos (birlos). Un espárrago es un perno sin cabeza, roscado en ambos extremos. Un extremo se atornilla en un agujero roscado y machuelado en un bloque de cilindros u otra pieza grande, se desliza la cabeza de cilindros u otra pieza sobre él y se aprieta una tuerca en las roscas externas para sujetar las piezas.

Figura 3-8. Espárrago (birlo).

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Los espárragos se suelen comprar en juegos de dos o más. La parte que se atornilla en el bloque tiene rosca fina; la otra, rosca gruesa. Las roscas gruesas en el bloque se pueden hacer con un machuelo especial de bajomedida para que el espárrago tenga un ajuste apretado. Se supone que esta construcción asegura que el espárrago quedará en el bloque cuando se saque la tuerca, pero de todos modos puede salirse. Si no puede sustituir un espárrago roto o extraviado tendrá que utilizar un tornillo de cabeza, de una longitud menor que la profundidad del agujero. Es aconsejable pasar un machuelo por el agujero para aumentar la holgura para las roscas; de otro modo, el tornillo se puede trabar e incluso romperse en el agujero. Volver a machuelar un agujero para espárrago es una medida de último recurso; obtenga la aprobación del maestro mecánico o jefe de taller antes de hacerlo.

TUERCAS Grado del acero. Cuando se aprieta la tuerca en un perno, éste se estira (Fig. 3-9). Al mismo tiempo, la tuerca se comprime y se acorta. Ambos cambios alteran la forma de la rosca, casi siempre en la parte inferior de la tuerca. Si una tuerca fuera rígida, se barrerían las roscas en la parte inferior. Pero, si la tuerca puede cambiar ligeramente la configuración y las roscas se pueden flexional-, puede resistir el estiramiento y el acortamiento. Por esta razón se hacen con acero al bajo carbono No. 1 o No. 2,

Figura 3-9. Cambios en la forma de las roscas.

que es blando y dúctil para que se adapte a estas condiciones. Las tuercas para pernos duros son más duras que las de los pernos normales, pero no son tan duras como el perno en que se utilizan. Nunca tema emplear una tuerca blanda en un perno duro. Quizá no le pueda aplicar toda la fuerza como en un perno duro, pero una vez que agarra se queda sujeta. Tuercas hexagonales. En la figura 3-10 se ilustra el tipo de tuerca que utilizará con más frecuencia. Es hexagonal y tiene altura y resistencia adecuada para casi todos los tipos de trabajo en pernos de acero No. 2. Vienen con rosca gruesa o fina. Para ordenar tuercas, se hace mediante el diámetro del perno en que se va a colocar y con rosca gruesa o fina. Por ejemplo, usted pedirá una tuerca de 3 /4 in, rosca gruesa. Si necesita alguna de las tuercas especiales descritas más adelante, hay que especificarlo. Las tuercas estándar tienen las esquinas superiores biseladas (achaflanadas) y una superficie superior plana, similar a una arandela o rondana.

Plano inclinado

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Figura 3-10. Tuercas hexagonales estándar.

La parte inferior tiene también superficie de arandela o esquinas biseladas para reducir la fricción al apretarla contra una superficie plana. La tuerca tiene suficiente altura para acoplar una longitud suficiente de la rosca del perno para poder entrar en el perno o romperlo si las roscas son gruesas y no están dañados. Durante su trabajo, usted barrerá una de estas tuercas de vez en cuando, por lo general, cuando la tuerca, el perno o ambos ya han trabajado y están en malas condiciones o si los trasroscó. Pero usted no tratará de romper un perno cuando apriete una tuerca, pues su construcción es para dar un margen de seguridad para trabajo normal. Las tuercas de rosca fina son de la misma altura que las de rosca gruesa, tienen paredes más delgadas, las roscas son más débiles y los pernos son más fuertes. Con ello ocurre que una tuerca de rosca fina, por lo general, se barre antes de que se rompa el perno. Tuercas anchas. Cuando las tuercas se aplanan con la compresión se abultan hacia fuera, las roscas centrales se separan del perno y se reduce la sujeción. Esta deformación se

reduce con el empleo de tuercas anchas (que no se ilustran). Son VS in más anchas a través de las caras que las tuercas estándar, en cualquier tamaño. Las tuercas gruesas se emplean también cuando los pernos están en agujeros de sobremedida para que traslapen más en los bordes. Altas y bajas. Las tuercas altas (Fig. 3-11) llamadas a veces tuercas largas son entre 50% y 100% más altas que las estándar. Se utilizan en las abrazaderas (pernos U) que sujetan entre sí los muelles y los ejes de camiones y automóviles para eliminar el riesgo de que se barran las roscas finas al apretar en exceso. En los pernos de alta resistencia se suelen colocar tuercas altas, pues la resistencia de la rosca no aumenta en proporción con la resistencia adicional del perno. A una tuerca estándar se le barrerían las roscas al apretarla

Figura 3-11. Tuercas especiales.

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ala torsión recomendada para pernos endurecidos. Las contratuercas tienen más o menos la mitad de la altura que las tuercas estándar. No tienen suficiente rosca para usarse en lugares donde requieren ir muy apretadas. Para apretar se coloca una tuerca estándar y se aprieta la contratuerca con suficiente fuerza para fijarla y que no gire. Por lo general, es necesario sujetar la tuerca interna con una llave mientras se aprieta la contratuerca. De lo contrario, las dos tuercas pueden girar juntas hasta que se desprenda el perno. Las tuercas estándar se pueden utilizar como contratuercas, si hay suficiente rosca en el perno. Cuadradas y ranuradas. L as tuercas cuadradas se utilizan casi

Figura 3-12. Tuercas para pernos y ejes perforados.

siempre con pernos de carro y de máquina. Son adecuadas cuando hay suficiente espacio y la llave se puede sujetar bien en ellas. Pero cuando se trabaja en maquinaria de construcción, no se atenga a que haya suficiente espacio de trabajo y el acero de los pernos, a menudo, es demasiado blando. En la figura 3-12 se ilustran dos tipos de tuercas ranuradas: normal y de castillo. Ambas se utilizan en pernos o en ejes roscados que tienen un agujero para colocar la chaveta, que se pasa por la ranura y por el perno o eje. Si la chaveta es nueva y las patas se doblan contra las caras de la tuerca para que no se salga, no se aflojarán. Sin embargo, estas tuercas rara vez se pueden apretar a fondo. La tuerca debe topar contra un par de ranuras en los extremos del agujero taladrado. Si no alinea y no se puede apretar más, hay que aflojarla sólo lo suficiente para alinearla con el agujero y colocar la chaveta. Si hay un solo agujero, quizá haya que aflojar la tuerca Vb de vuelta y se perderá casi por completo el efecto de sujeción. Por tanto, estas tuercas se emplean casi siempre para ajustes. Por ejemplo, los cojinetes cónicos en las ruedas delanteras se aprietan con una tuerca ranurada o de castillo grande, hasta que hay un ligero rozamiento de ellos; se afloja la tuerca hasta que giren libres y se aflojan para alinear con el primer agujero. Hay suficiente tolerancia en los cojinetes para permitir esas variaciones en el apretamiento sin que se dañen.

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La construcción de castillo deja suficiente espacio para doblar las patas de la chaveta contra las caras de la tuerca, sin que sobresalgan de los castillos. Esta característica es muy valiosa cuando el espacio está muy limitado. De seguridad. Las tuercas de seguridad o de cierre se sujetan por sí solas en su lugar al apretarlas con una fuerza moderada, a fin de que no se aflojen en un momento inesperado. Tienen su mayor aplicación en donde las piezas son muy delicadas para poder apretar con fuerza o en donde hay mucha vibración. Por lo general, sujetan mejor que las tuercas estándar, pero todavía falta por ver una tuerca que NO se aflojará en el equipo de construcción. No obstante, cada vez se utilizan más en componentes importantes. La tuerca de seguridad Marsden es ranurada con la parte inferior abultada y cortada de modo que cuando se aprieta contra una superficie plana, la sección superior se doblará hacia dentro y sujetará el perno. La tuerca Spin-Lock (Fig. 3-13) tiene dientes de trinquete (matraca) en la superficie inferior que producen poca fricción al apretarlos, pero "muerden" si la tuerca se empieza a aflojar. Las cabezas de los pernos se pueden construir con los mismos dientes. En ambos tipos, la acción de cierre sólo es eficaz cuando la tuerca está apretada. Tan pronto se afloja, girará y se saldrá como cualquier tuerca normal.

Figura 3-13. Tuerca Spin-Lock. (Cortesía de Russell, Burdsall & Ward.)

Otras tuercas de seguridad tienen un anillo o inserto de plástico, caucho o metal blando que se desliza cuando se aprieta la tuerca y conservan cierta acción de sujeción aunque estén flojas. Tuerca recalcada. Un eje puede tener una ranura similar a un cunero cortada en su extremo roscado. Se aprieta una tuerca especial con una llave a la torsión recomendada. Se utiliza un punzón de punta cuadrada para separar parte de la pestaña metálica de la tuerca y recalcarla en la ranura. Con ello se tiene un cierre positivo, pero la desventaja es la dificultad para quitarla. Hay que taladrarla con una broca del mismo diámetro que el cunero en el eje, bien centrada en la línea del borde externo del eje.

APRETAMIENTO (APRIETE) Un perno y una tuerca sujetan las piezas por un efecto de abrazadera o prensado. La fricción resiste cualquier tendencia al movimiento lateral entre las piezas y éste depende de la torsión o fuerza con que estén sujetas entre sí. Si la fricción no es

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Figura 3-14. Efecto de sujeción. (Cortesía de Russell, Burdsall & Ward.)

suficiente para impedir el movimiento de las piezas, éstas estarán sujetas por el perno que actuará como pasador o clavija y, en casi todos los tipos de equipo de construcción, los cortará el rozamiento o se degollarán. Aun antes de que se rompa el perno, la desalineación de las piezas puede producir daños más serios. En esa misma situación, cualquier aflojamiento del perno que permite el movimiento vertical de una pieza, producirá un intenso aumento del esfuerzo en el perno. Con referencia a la figura 3—15, se ilustra que si una fuerza intensa actúa para elevar la pieza superior, un perno bien apretado actúa como punto de apoyo pivote y sólo necesita resistir parte de la fuerza. Pero, si cede un poco, el punto de apoyo se moverá hasta el extremo de la pieza superior y el brazo de palanca multiplicará la fuerza que tiende a estirar el perno. El movimiento de las piezas también producirá fatiga en ellas y en el perno. Estiramiento y rotura. Un poco de estiramiento no debilita el perno y conserva toda su resistencia contra la rotura hasta que se aplica una fuerza casi suficiente para romperlo. Al apretarlo, el efecto de sujeción au-

menta hasta que se llega al punto de estiramiento o cedencia, luego aumenta con más lentitud hasta que llega al punto de ruptura, en el cual pierde toda su resistencia física. La rotura de un perno por aplicarle demasiada fuerza es un error común que se debe evitar. Significa perder un perno y el tiempo para sustituirlo. Y si sólo cuenta con el número exacto de pernos, puede haber demoras y molestias considerables para obtener otro. Si se trata de un espárrago, hay que taladrarlo para sacarlo. Casi todas las roturas de pernos ocurren en los tamaños pequeños si no se entiende que son de debilidad relativa. Un perno de 3/8 in tiene me-

Figura 3-15. Brazo de palanca contra un perno flojo.

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Figura 3-16. Llaves de torsión. (Cortesía de U. S. Navy.)

nos de la cuarta parte de la resistencia de uno de % in. Además, la llave hace casi el doble de brazo de palanca debido a la distancia más corta desde el centro del perno hasta las roscas en donde se aplica la fuerza. Hay que tener mucho cuidado para no barrer las roscas cuando trabaja con pernos especiales o con pernos o espárragos (birlos) del tipo soldado o sujetos en forma permanente en una pieza. En el capítulo 13 se describe la extracción de pernos pegados o dañados. Torsión. Cuando se aprieta un perno está sometido a dos clases de tensión: el efecto de estiramiento —cuando las roscas de la tuerca le aplican tracción— y la torsión o torcimiento ocasionada por la fricción de las roscas de la tuerca cuando gira en el perno que está fijo. Esta torsión absorbe hasta un 90% del empuje o tracción que se aplican en la llave. Tan pronto como se deja de apretar, el perno sólo está sometido a esfuerzo de estiramiento. Pero el movimiento o la carga de las piezas pueden aumentar muchas veces este esfuerzo de estiramiento.

Cuando un perno sujeta piezas que no deben estar muy apretadas entre sí y no tienen una arandela de presión, una junta u otro material cedente entre ellas, para obtener la torsión correcta, primero se aprieta la tuerca con los dedos y, después, Vz vuelta más en pernos de rosca fina o de rosca gruesa de alta resistencia, o bien, % de vuelta con rosca gruesa estándar. Si hay que mover las piezas entre sí al apretar la tuerca o si ocurre cualquier movimiento o compresión cuando se hace el apretamiento final de la tuerca, entonces si aplica la regla antes citada, la sujeción quedará demasiado floja. Usted tiene que juzgarlo "a ojo" y eso requiere práctica. El empleo de la llave de torsión que se describe en el capítulo 11, es una buena práctica. Le mostrará cuánta torsión aplica en una tuerca cuando la aprieta. Torsiones recomendadas. En los manuales de taller casi siempre se menciona la torsión (esfuerzo torsional) que se debe aplicar en ciertos pernos o tuercas. Si tiene una llave de torsión podrá usarla sin pensar mucho. Pero si no la tiene, tendrá que hacer un cálculo aproximado.

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Figura 3-17A. Arandelas (rondanas).

La torsión en la tuerca es igual a la tracción o al empuje aplicados en la llave, multiplicadas por la longitud de la llave. Si la torsión es en pulgadas-libras, mida la llave en pulgadas; si es en pies-libras, mídala en pies o fracciones de pie para calcular la torsión. Por ejemplo, si aplica una tracción de 60 libras en una llave de 16 pulgadas, está haciendo girar la tuerca con 60 libras × 16 pulgadas, o sea, 960 pulgadas-libras. Si la torsión está expresada en pies-libras, calcule 60 libras × 1.33, o sea, 80 pies-libras. Las especificaciones de torsión suelen estar basadas en pernos y tuercas nuevos sin lubricante, es decir, secos. Si aplica aceite o grasa en las roscas obtendrá la misma torsión con alrededor de 3/4 partes de la tracción. Si las roscas están oxidadas o dañadas, se necesitará más fuerza. Si las especificaciones son para pernos y tuercas

lubricados, siempre hay que aplicarles aceite o grasa. Cuando trabaje en lugares de difícil acceso, quizá no pueda apretar a la misma torsión que si estuvieran accesibles y, si lo hace, quizá no podrá desarmar las piezas la siguiente vez. La regla empírica es apretar lo suficiente para que se queden juntas y nada más. Si puede utilice pernos y tuercas nuevos en los lugares difíciles; así no tendrán roscas malas ni cabezas redondeadas en donde se resbale la llave.

ARANDELAS (RONDANAS) De presión. Las arandelas de presión se colocan debajo de la tuerca o de la cabeza del perno para evitar que se afloje la tuerca. Por lo general, están en el lado que se hace girar al apretar. El tipo más conocido es la arandela dividida. Se hace con acero de muelle para que al aplanarla al apretar una tuerca contra ella, empuje contra la tuerca y la base. Su superficie áspera hace que resista la rotación. También sirve para mantener-

Figura 3-17B. Instalación de seguros metálicos planos. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

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Figura 3-18. Dados de terraja y manijas. (Cortesía de Greenfiel Tap & Die Corp.)

la tuerca separada de la base al apretar y puede reducir la fricción a pesar de su aspereza. Estas arandelas rara vez se utilizan con pernos de alta resistencia;: para apretarlos por completo se aplica unas tres veces más de la fuerza necesaria para aplanar la arandela, lo cual no ayuda a la fuerza de sujeción. En ocasiones, las arandelas se rompen o se "escurren" con la presión y la tuerca queda floja. Las arandelas de estrella se utilizan a menudo en pernos pequeños, pero no son muy eficaces. La más adecuada es una grande con brazos largos, para poder doblar uno contra uno debajo en la base para que no gire la arandela y el otro se oprime contra una cara de la tuerca para que no gire. Su eficacia aumenta con tuercas más grandes. Un seguro plano es una especie de arandela que puede ser rectangular como el de la figura 3-17B o en forma de cruz. Se coloca debajo de la tuerca

o la cabeza del perno, se aprieta y, luego, con un martillo y un cincel se dobla una oreja con firmeza contra una cara de: la tuerca, y la otra parte se dobla hacia abajo contra un borde de la pieza. Quizá haya que girar la tuerca una pequeña distancia para poder colocar una cara en la posición conveniente. Planas. Las arandelas planas no tienen ninguna acción de sujeción. Pero, disminuyen la fricción al apretar una tuerca y permiten aplicar más torsión con la misma cantidad de fuerza. Por esta razón, las sujeciones con arandela y tuerca muchas veces permanecen apretadas, mientras que las tuercas solas se aflojan. Las arandelas planas se utilizan para llenar huecos alrededor de un perno que dejarían pasar la tuerca o la cabeza del perno que producirían sujeción débil en un lado o haría que se trabasen al apretar.

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Se puede utilizar arandelas planas para formar una base cuando las roscas del perno no alcanzan lo suficiente o para evitar apretar una tuerca en un punto débil de las roscas. Las arandelas planas se utilizan a menudo con pernos de alta resistencia, porque se puede apretar con más suavidad y con mayor torsión. Deben ser de acero de alta resistencia para que no se aplasten ni se ensanchen.

CORROSIÓN El acabado brillante o el color plateado de las tuercas y pernos es muy sensible a los daños por herrumbre. Ésta puede empezar si se dejan húmedos durante unos cuantos minutos, aunque es probable que pasen horas para que el cambio sea visible, semanas para que se dañen las roscas y meses o años para destruir el perno. El revestimiento de óxido negro, que se emplea en los pernos de máquina y los pernos y tuercas de alta resistencia, tiene buena resistencia a la herrumbre y protegerá el metal contra daños, salvo que esté mojado un largo tiempo, se lo maneje con muy poco cuidado o se haya mellado o raspado al grado de que se haya roto el revestimiento. En los pernos viejos ya no resulta seguro. El herraje de alta calidad para los barcos está galvanizado en caliente para proteger contra la corrosión por el salitre y la herrumbre. Esta protección suele durar años, pero si se somete un perno a una carga elevada, el galvanizado se pondrá poroso y fallará. El mecánico de equipo pesado debe sospechar de todos los sujetado-

res galvanizados pues, a menudo, son muy débiles para ese trabajo. El cadminizado se utiliza en muchas piezas pequeñas. Tiene un acabado plateado mate, más o menos semejante a la pintura de aluminio. Es muy resistente a la herrumbre, el salitre y daños accidentales. Si se pone cadmio en contacto con ciertos alimentos es venenoso, lo cual no es fácil que ocurra en el equipo pesado. El cromado mejora el aspecto, pero no es para trabajo. Si se aplica directamente sobre el acero, tiene poca resistencia a la herrumbre; si se aplica sobre un baño de cobre en el acero, es bueno pero muy costoso. Se daña con facilidad con las llaves y el manejo brusco. En los pernos o tuercas usados, tiene que aceptar la protección contra herrumbre y corrosión que traigan de la fábrica. Pero les puede dar protección temporal si los empapa con aceite y los cubre con grasa. Al terminar el trabajo, son deseables una buena limpieza y una mano de pintura. Aluminio y acero. Los pernos y tuercas de aluminio ya son bastante comunes y quizá tenga ocasión de usarlos. Las mejores aleaciones de aluminio utilizadas en los pernos no son tan fuertes como un acero del grado más débil. Si se utilizan en piezas de aluminio no hay herrumbre ni corrosión. Pero si se pone una tuerca de aluminio en un perno de acero, es como si hiciera una pila en miniatura. Fluirá una corriente eléctrica (electrólisis) entre ellos siempre que estén húmedos y se corroerán con rapidez.

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Este mismo efecto se encontrará si hay piezas de aluminio sujetas con pernos de acero o piezas de acero con pernos o tomillos de aluminio.

TERRAJA Y MACHUELOS Terraja. Estos dados son herramientas de acero duro que se emplean para formar o reparar roscas en piezas de metal más blando. El mecánico de equipo pesado los utiliza como herramientas que se hacen girar en los pernos o en varillas redondas para reparar las roscas o formarlas si no las había. En la figura 3-18 se ilustran un juego típico de dados de tarraja y dos tipos de manijas. Cada dado tiene roscas de acero duro de tamaño y espaciamiento determinados y con aberturas que permiten la salida de las virutas del corte. Estos dados, por lo general, son ajustables para producir una rosca en sobremedida, estándar o en bajomedida, en donde la tuerca pueda quedar apretada o floja. Este ajuste se puede hacer con un tornillo que atraviesa el corte en un lado del dado o con tornillos en la manija. Por lo general, se lo ajusta para que gire con suavidad en un tornillo nuevo. Cuando corte una rosca, mantenga la pieza mojada con aceite delgado o aceite para corte y sujétela con firmeza en un tornillo de banco u otro soporte. Ponga el dado y la manija en ángulo recto con el perno. Se necesita cuidado para iniciar el primer corte; después, ya se mantendrá alineado. La mejor forma de lograr una buena rosca es girar el dado en el sentido

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Figura 3-19. Lima restauradora de roscas. (Cortesía de U. S. Navy: )

de corte entre 1/3 y ½ vuelta, regresarlo la mitad de esa distancia, cortar una parte de la rosca nueva y regresarlo. Con este método se eliminan las virutas que se podrían quedar atrapadas en los dientes y dañar las roscas. Para reparar las roscas deficientes o dañadas, se empieza a cortar con el dado en la posición correcta y se siguen las roscas para limpiarlas y rehacerlas. El dado se puede girar en forma continua, como si fuera una tuerca si gira con facilidad; si hay resistencia, regréselo a intervalos en la misma forma que lo hizo al cortar una rosca nueva. Las roscas de pernos cortadas con terraja no son tan perfectas ni fuertes como las que se hacen por laminación en la fábrica, pero son adecuadas para muchas aplicaciones. También hay dados del tipo de tuerca que se hacen girar con una llave, y se emplean principalmente para reparar roscas, aunque también sirven para hacer roscas nuevas. El restaurador de roscas (Fig. 3— 19) se asemeja a una lima cuadrada. Cada cara está hecha para coincidir con una rosca de tornillo de determinado paso. Hay dos tamaños de esta herramienta: cada uno para ocho pasos o espacios entre roscas. Al usarlas juntas, abarcan roscas desde 9 hilos hasta 32 hilos por pulgada. Este restaurador de roscas empléelo como si fuera una lima y téngalo al mismo

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Figura 3-20. Machuelos de mano. (Cortesía de U. S. Navy.)

ángulo que las roscas dañadas conforme las "repasa". Machuelos. Los machuelos se utilizan para cortar roscas internas; los dados son para cortar roscas externas. Hay muchos tipos diferentes de machuelos, pero los más comunes son el cónico, el paralelo y el cilíndrico. El machuelo cónico tiene una conicidad o chaflán de una longitud de 8 a 10 roscas. Se emplean para iniciar el trabajo de machuelado o para machuelar agujeros pasantes. Los machuelos paralelos tienen un chaflán de una longitud de 3 a 5 roscas y se utilizan después del machuelo cónico.

Los machuelos cilíndricos se emplean para formar rosca en el fondo de un agujero ciego. Tienen un chaflán con longitud de sólo 1 a 1-½ roscas. Este machuelo siempre se utiliza después que el machuelo paralelo. Siempre se deben emplear los machuelos cónico y paralelo antes que el cilíndrico, pues el chaflán muy corto no permite alinear el machuelo con precisión. Los machuelos para roscas de tubo se emplean para las conexiones de tubo y otros lugares en donde se necesitan acoplamientos herméticos. El diámetro del machuelo, de un extremo al otro de la rosca, aumenta a razón de ¾ in por pie. Todas las roscas de este machuelo producen el corte,

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por comparación con los machuelos rectos en donde sólo corta la parte no achaflanada.

CUNAS La cuña es un artefacto que puede producir una presión muy alta en ángulo recto con el sentido de la fuerza y que puede convertir los golpes del martillo en presiones estables. Un ejemplo conocido es una cuña que se introduce a martillazos en un tronco para hendirlo. En casi todo el trabajo con cuñas las pérdidas por fricción son muy grandes. Bordes y dientes cortantes. Los bordes cortantes o filos de casi todas las máquinas excavadoras son en forma de cuña, cuando menos mientras están nuevos. Esta configuración es fuerte y tiene alta capacidad de penetración y ruptura. Los dientes separados cortan mucho mejor en tierra dura y roca que en un filo o borde continuo porque concentran la fuerza en zonas pequeñas, permiten desplazar el material hacia cada lado así como hacia arriba y abajo y, por lo general, despedazan o debilitan el material entre ellos en tal forma que el borde en la base de los dientes puede penetrar con facilidad. Una vertedera es una prolongación de la superficie superior del diente o del borde cortante y su configuración es importante para la eficiencia de muchas máquinas. En un arado agrícola, voltea la franja de tierra sobre un lado o hacia arriba y la comprime a su lugar. En una nive-

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ladora o una hoja de empuje (bulldozer) rueda la tierra hacia arriba hasta que cae al frente, para aminorar la fricción en la carga que se empuja y para facilitar la desviación del material hacia un lado si la hoja es en ángulo. La penetración de los dientes y bordes rectos se determina con factores similares, aunque el diente es más eficaz. A veces, a los dos se les llama cuñas. Una cuña que penetra en un material que ofrece resistencia por igual en ambas caras, lo moverá en un sentido a la mitad de la distancia entre las pendientes de sus caras. Si la resistencia es dispareja, la cuña se deslizará sobre la carga que presenta la máxima resistencia. En la figura 3-21 se ilustran las acciones de un diente de cuña en en diversas pendientes cuando se mueve en sentido horizontal. Si se tiene al ángulo (A) penetrará en pendientes pronunciadas; en (B) cortará en cualquier pendiente pero no excavará, mientras que si está en (C) penetrará en la pendiente ascendente o a nivel en la rasante. Se verá que el ángulo entre la parte inferior del diente y el suelo (su "succión") determina la penetración. En (D) se muestra el mismo ángulo que en (C), pero el punto y la parte de la pendiente descendente del diente están gastados, con los cual se anulan la "succión" y la penetración. Una presión descendente suficiente permitirá que con cualquiera de estas inclinaciones se pueda excavar hasta cierto grado, pero es un sustitutivo ineficiente y costoso de los

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

dientes bien montados y afilados. Sin embargo, en los materiales duros, el peso o presión descendente ayuda mucho a excavar porque obligan a la punta de la cuña a penetrar en el suelo y permanecer allí. Afilado. La condición de los bordes y dientes cortantes es muy impor-

Figura 3-21. Penetración de una cuña.

tante para el trabajo eficiente y muchas veces no se entienden bien los factores implicados. Para la penetración correcta, un diente debe tener la forma y ángulo adecuados para el trabajo y debe tener filo apropiado. El ángulo de trabajo o penetración puede ser por diseño en una escrepa; se puede requerir un ajuste en el

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Figura 3-22. Dientes y puntas desmontables. (Cortesía de American BrakeShoe Co., American Manganese Steel Div.)

cucharón de una excavadora o lo puede controlar por completo el operador, como en el caso del cucharón de un cargador. En los dos últimos casos, se inclina todo el cucharón para cambiar el ángulo de penetración. Los bordes y dientes rara vez son del tipo ajustable. El filo del borde en las excavadoras es diferente en distintas máquinas. Nunca encontrará filos con borde de cuchillo, porque se doblarían y romperían al ponerlos a trabajar. La fábrica los despacha con el filo requerido para la mayor parte de los trabajos y se puede utilizar un borde nuevo

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como plantilla para reconstruir o afilar uno viejo. Sólo se deben hacer cambios si hay razones definidas para ello. Muchos dientes no se pueden reconstruir y se desechan cuando se gastan o se rompen. El filo o rascador de una escrepa (Fig. 3-23) está cortado en diagonal en (A). El desgaste, primero lo redondea (B). El desgaste adicional invierte el bisel o chaflán (C); después se desmonta y se invierte (D) para devolver el filo y la eficiencia original totales. El borde también se puede reconstruir a su forma original con las precauciones acerca de la soldadura que se describen en el capítulo 12. No importa si se invierte el borde o filo y se instala o si se reconstruye o rellena, pero no se debe permitir que se desgaste hasta que quede descubierto el metal más blando de la taza.

Figura 3-23. Desgaste en el borde cortante de una escrepa.

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Como se ilustra, si se mueve la palanca hacia la derecha, la uña se mueve libre a lo largo de los dientes del trinquete y se mueve sobre los lados en pendiente. Si se mueve a la izquierda, el borde recto del diente acopla con el borde recto del primer diente y se queda fijo hasta que se libera con el pestillo. Embrague de rueda libre. El embrague de rueda libre puede ser un tipo de trinquete circular o de los tipos ilustrados en la figura 3—25. En el de la parte superior, hay cilindros

Figura 3-24. Trinquete y uña.

Si se hace funcionar la escrepa en esas condiciones pueden ocurrir daños muy costosos.

MATRACAS (TRINQUETES) Matraca y uña. La matraca y uña, de la cual se ilustra un tipo en la figura 3—24, permite el movimiento de una palanca en un sentido y lo restringe en sentido inverso salvo que se suelte un pestillo. El trinquete es una palanca con dientes de acero endurecido en su superficie curva superior. Los dientes tienen inclinación en un lado y son rectos en el otro. La uña es un solo diente sujeto en una corredera en la palanca y empujada contra el trinquete por un resorte. Tiene la misma forma que un diente del trinquete pero está girado hacia atrás.

Figura 3-25. Embragues de un solo sentido.

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Figura 3-26. Para calzar una rueda. de tamaños graduados colocados en ranuras cónicas entre los cubos interno y externo. La rotación del cubo externo a la derecha (o del cubo externo hacia la izquierda) moverá a los cilindros hacia el extremo pequeño de la ranura y trabarán entre sí las dos piezas para que giren como una sola. Al invertir la rotación del eje, se moverán los cilindros hacia el lado grande de la ranura, en donde pueden girar libres sin evitar que los cubos interno y externo giren independientes. En el segundo tipo, la rotación en un sentido hará que las cuñas traben los dos cubos; en el sentido opuesto, quedarán libres.

CALZAS Las calzas de madera o metal en forma de cuña son adecuadas para impedir que se rueden los vehículos y para la nivelación temporal de equipo pesado. Una calza para detener una rueda debe tener una pendiente de 30 a 45°. Si la pendiente es demasiado pronunciada se puede mover; si es muy poca, la rueda se subirá a la calza. Se obtiene máxima seguridad si la cara es cóncava para que coincida con la curvatura del neumático. Para que una calza de cuña quede más firme, se la puede clavar en el piso o se puede poner un clavo u otra obstrucción detrás de ella.

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Las máquinas pesadas, muchas veces, se pueden levantar si se pone una cuña debajo de un lado o esquina y se la introduce con una mandarria. La pendiente de la cara debe ser de 25° o menos. Si la pendiente es muy pronunciada o produce demasiada re-

sistencia puede hacer que se desprenda la cuña a veces con una fuerza peligrosa. El empleo de cuñas sólo es práctico cuando la unidad no es susceptible de roturas y si el piso o el suelo son duros.

Preguntas de repaso del capítulo 3 Las respuestas aparecen al final del libro, después del índice. 1. Un trinquete y uña permiten el movimiento en _____________ . 2. ¿Cuáles son las piezas roscadas que más se emplean? 3. En el trabajo con cuñas, las pérdidas por fricción son _________ . 4. Los bordes o filos muy afilados en las excavadoras se __________ . 5. ¿Cómo se llaman las cuñas que se emplean para bloquear las ruedas? 6. Las arandelas planas se utilizan a menudo con los ______________. 7. Cuando se corta una rosca con una terraja, hay que ____________ . 8. Las tuercas y birlos de las ruedas del lado izquierdo deben tener _ 9. ¿Cómo se llama la distancia entre los hilos de una rosca? 10. Una tuerca que tiene un anillo de metal blando debe ser de _____

11. ¿Qué pernos se utilizan sin arandelas de presión? 12. Los bordes cortantes de una máquina suelen ser ____________. 13. Las rayas en la cabeza de un perno indican ________________. 14. En los tornillos para máquina los números altos para el calibre significan _______________________. 15. ¿Cuáles tornillos tienen rosca en toda su longitud? 16. Si el acero y el aluminio están en contacto se producirá __________ 17. Los machuelos se emplean para cortar _____________________ 18. Un embrague de un solo sentido puede ser un _________ circular. 19. Una tuerca recalcada se fija en su lugar con un ________________ 20. Un perno de máquina de cabeza cuadrada se hace con __________

4 Motores COMBUSTIÓN INTERNA Casi la totalidad de las máquinas excavadoras y para transporte o arrastre tiene motores de gasolina o diesel. Se llaman motores de combustión interna porque el combustible se quema dentro de ellos. Se les dio este nombre para distinguirlos de las máquinas o motores de vapor, en las cuales se quema combustible en una caldera para producir vapor, que se envía por tubos a la máquina que lo convierte en potencia útil. Los motores de turbina también son de combustión interna, pero no se les llama así para evitar confusiones. La máquina de vapor no se utiliza en maquinaria de construcción pesada, excepto en alguna veterana piloteadora de vapor. Los motores de turbina sólo se utilizan en equipo muy grande, casi todo en camiones para fuera de carretera. Los motores diesel dominan el campo de máquinas medianas y pesadas y cabe esperar que lo seguirán haciendo durante mucho tiempo. Los motores de gasolina y diesel tienen muchas cosas en común. En

ellos se comprime y se inflama la mezcla de aire y combustible dentro de una cámara de combustión y el calor de los gases de esta combustión se convierte en presión contra un pistón para hacer girar el cigüeñal. Necesitan aire y combustible limpios, una película de aceite en las superficies de contacto y fricción de todas las piezas móviles y mantenerse a una temperatura uniforme con un sistema de enfriamiento. La velocidad se puede regular con un pedal y/o palanca de acelerador o con un gobernador regulador automático.

PIEZAS ESTACIONARIAS Las principales piezas estacionarias de un motor de combustión son el bloque y la cabeza de cilindros que constituyen la estructura principal. Además, se utilizan el depósito de aceite y placas o puertas laterales para retener el aceite e impedir la entrada de cuerpos extraños, así como el múltiple de admisión y escape para introducir la carga de aire y combustible y» descargar los gases quemados de la combustión.

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Figura 4-1. Vista en corte de un motor industrial de gasolina. (Cortesía de International Harvester Co.)

Bloque de cilindros. El bloque de vehículos pesados es una sola pieza de hierro fundido (Colado) en donde están formados los cilindros, y provisto de camisas de agua, por donde circula este líquido alrededor y dentro de las cabezas. En los motores modernos, todos los cilindros están formados en un solo bloque. En motores muy antiguos y en algunos diesel modernos muy grandes, como los utilizados en los buques y las centrales eléctricas, el bloque está separado y puede incluir uno o cada par de cilindros. En esos motores muy antiguos, la parte inferior curva del bloque era

una pieza separada y se llamaba caja del cigüeñal. El bloque de un motor enfriado por aire puede tener un cilindro o una serie de ellos rodeados por aletas que disipan el calor y suministran una superficie grande para enfriamiento. El diámetro interior del cilindro, que es parte de la fundición integral del bloque, se suele rectificar y pulir a un acabado muy liso para rodear casi sin holgura a los pistones cuando se mueven hacia arriba y abajo; en algunos motores de gasolina y en muchos de diesel es sólo el agujero o

Motores

Figura 4-2. Camisas de cilindros. (Cortesía de International Harvester Co.)

cilindro que tiene un rebajo o una guía para la camisa del cilindro. Los motores pequeños de uno o dos cilindros enfriados por aire se emplean en cortadoras de césped, en tractores para jardines, esparcidores de arena, revolvedoras portátiles para concreto, bombas y en muchas otras aplicaciones. Sólo algunos motores diesel emplean dos cilindros enfriados por agua para el arranque. Los motores para equipo pesado pueden tener de 2 a 6 cilindros en línea o desde 4 a 12 colocados en V. La parte superior del bloque de cilindros está maquinada con alta precisión para tener una superficie plana en la cual se instala la cabeza de cilindros (con la junta) y se sujeta con espárragos o tornillos de cabeza. En la parte inferior del bloque se colocan en los apoyos o bancada los cojinetes principales del cigüeñal, además tiene bridas para montar el

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depósito de aceite y los accesorios. En algunos motores muy grandes la parte inferior curva o plana del bloque, se puede llamar caja del cigüeñal o cuerpo del motor y es separable. El bloque debe tener suficiente resistencia para soportar las presiones en las cámaras de combustión y las fuerzas de inercia de las piezas movibles que cambian con rapidez tanto en el motor como el tren propulsor. Casi todos los daños en los bloques se deben a desgaste de los cilindros, problemas de sobrecalentamiento por las incrustaciones en las camisas de agua o por congelación del agua en el sistema de enfriamiento. Camisas de cilindros. En casi todos los motores diesel y en algunos de gasolina, se emplean camisas que se instalan en los cilindros. La camisa se mantiene alineada mediante una ceja o anillos de sujeción. Una camisa seca sólo hace contacto con la pared del cilindro que es parte de la fundición del bloque. Una camisa húmeda hace contacto con la camisa de agua y se le deben instalar sellos para evitar los escapes de agua hacia el depósito de aceite y las cámaras de combustión. Las camisas se hacen con aleaciones especiales con mayor resistencia al desgaste que el hierro fundido del bloque y se pueden sustituir cuando están gastadas. La camisa, por lo general, sobresale una pequeña distancia del bloque, por lo cual al apretar la cabeza se comprimirá la junta contra ella. Con ello, se elimina la posibilidad de que se afloje y se mueva, a la vez que pro-

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Figura 4-3. Desmontaje de camisas de cilindros. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

duce un sellamiento más eficaz contra los escapes de compresión alrededor de las cámaras de combustión. Cabeza de cilindros. La cabeza de cilindros es una pieza de fundición de hierro o de aluminio que es la tapa de las cámaras de combustión, se instalan las bujías o los inyectores y tiene, ya sea, conductos para agua o aletas de enfriamiento. Además, todo o parte del mecanismo de válvulas está montado en ella. Puede haber una cabeza para todo el motor, una para cada cilindro o una combinación de ellas. En la figura 4— 1 se ilustra cómo la cabeza de cilindros asienta plana contra el bloque, en donde aparece la leyenda "VÁLVULA DE ADMISIÓN". Se coloca una junta entre la cabeza y el bloque. Hay que apretarla con firmeza y uniformidad, de acuerdo con las instrucciones del fabricante en cuanto al orden y la torsión. Si la torsión es menor, dispareja o si la cabeza se pandeó por sobrecalenta-

miento, es posible que la junta se reviente entre dos cilindros o entre un cilindro y una camisa de agua. Si se revienta la junta, hay que rectificar (cepillar) la cabeza pues se suele pandear o torcer cuando sucede. La compresión en los cilindros se puede aumentar si se cepilla o rebaja cierta cantidad de la cabeza o con el empleo de una junta más delgada; se puede reducir con una junta más gruesa o con dos juntas. Esta modificación es indeseable.

PIEZAS MÓVILES En la figura 4—5 se ilustran las piezas móviles que producen la potencia en un motor muy grande; en la figura 4—6 aparecen el pistón y biela de un motor pequeño. Pistones. Los pistones se deslizan hacia arriba y abajo dentro del cilindro. Es la única parte de la cámara de combustión que se mueve con la expansión de los gases en las cámaras de combustión. Transmite la fuerza por medio del pasador de pistón llamado a veces perno, y la biela hasta el cigüeñal. Los pistones pueden ser de aluminio o de hierro fundido, y deben ser 0.003 a 0.004 in más pequeños que el cilindro para que no se peguen cuando se dilatan con el calor. Este espacio lo llenan los anillos de pistón. La cabeza del pistón puede ser plana, convexa o cóncava. Anillos. En la parte superior del pistón hay formadas ranuras circu-

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lares para recibir los anillos de pistón que tienen una abertura y son de dos tipos. Los dos o tres superiores son anillos de compresión para evitar que los gases de combustión escapen entre el pistón y la pared del cilindro. Hay uno o dos inferiores para control de aceite, que mantienen una película de aceite en la pared del cilindro y rascan o arrastran el sobrante hacia el depósito de aceite. Los anillos hacen contacto con la pared del cilindro con mucha menos fricción que si el pistón no los tuviera. Los anillos pueden ser de hierro gris o de una aleación especial. Pueden estar cromados o tener otro tratamiento en la superficie de contacto. El anillo queda asentado con cierta holgura en la ranura y empuja contra la pared del cilindro con determinada fuerza. Cuando se desgastan los anillos y la pared del cilindro, se dilatan los anillos para cerrar el hueco, pero de todos modos aumentan los escapes de compresión. Para instalar los anillos se utiliza un expansor para deslizarlos sobre el pistón y a sus ranuras. Después, se necesita un compresor de anillos para empujarlos a fondo en sus ranuras al instalar el pistón en el cilindro. El pistón se enfría por conducción del calor a través de los anillos hacia la pared enfriada por agua (o por aire) y por un rocío de aceite en la zona de contacto y debajo de ella. Si los anillos se sobrecalientan, pierden la tensión. En un cilindro gastado, suele haber un reborde o escalón en la parte superior encima del punto más alto hasta donde llega el anillo superior de compresión. Este reborde se debe

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Figura 4-4. Orden para apretar la cabeza de cilindros.

cortar siempre con una cortadora especial para que no se traben los anillos al sacar el pistón por la parte superior. Este reborde siempre se elimina siempre en una rectificación de cilindros. Bielas. Las bielas son una conexión rígida entre los pistones y el cigüeñal. En el ojo de la parte superior recibe el pasador que atraviesa el pistón. El movimiento oscilante del pasador se controla y soporta con los bujes en la biela, en el pistón o en ambos. Este último tipo se llama flotante y es el que más se emplea. La parte inferior o pie de la biela tiene una tapa desmontable y se instala un par de metales (insertos) de cojinete. Al apretar la tapa, constituyen el cojinete de biela. Los metales tienen lengüetas o ranuras para instalarlos en una sola posición y, además, tienen un agujero para que el aceite que viene de los conductos taladrados en el cigüeñal llegue a la biela y suba por la perforación hasta el buje del pasador de pistón. Los metales de cojinete pueden ser de babbitt, de aluminio o de aleaciones especiales y estar fundidos por

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Figura 4-5. Componentes movibles del motor diesel grande. (Cortesía de Waukesha Engine Division, Dresser Industries.)

capas sobre un respaldo de acero. El aluminio requiere un terminado más duro en el muñón del cigüeñal que el babbitt. Cigüeñal. El cigüeñal es el componente que convierte el movimiento reciprocante de los pistones y bielas, en movimiento rotatorio para impulsión. Puede ser forjado o fundido y su configuración es muy compleja. El cigüeñal tiene muñones principales en línea, soportados en los cojinetes principales. Entre los muñones principales están los codos des-

centrados en donde se instalan las bielas. El cigüeñal tiene contrapesos, para que el peso de las bielas y pistones no produzca vibraciones excesivas. Los contrapesos suelen ser integrales de fundición con el cigüeñal, pero también hay algunos atornillados. El cigüeñal tiene una serie de conductos perforados para aceite y los dos extremos están maquinados para instalar el engrane de tiempo y la polea en la parte delantera, y el volante en la parte trasera. Los cojinetes principales son cavidades en el bloque y tienen tapas

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atornilladas. Los metales de cojinete se instalan en el bloque y en la tapa. Son del mismo material que los metales de cojinete de biela. Se fabrican, ambos, en medida estándar para cigüeñales nuevos y en diversos tamaños de bajomedida para cigüeñales rectificados. El cojinete principal trasero tiene un sello de aceite. Si el cojinete está muy gastado, ocurrirán fugas por el sello, que además de la pérdida de aceite son un riesgo de que entren cuerpos extraños por la cubierta del embrague.

Figura 4-7. Anillos de pistón. (Cortesía de Perfect Circle Co.)

Figura 4-6. Piezas movibles, motor pequeño de gasolina. (Cortesía de Tecumseh Products Co.)

Para apretar los cojinetes gastados en motores muy antiguos, se quitan suplementos entre el bloque y la tapa; en los motores modernos se utilizan metales de cojinete de inserción precisa que no requieren ajuste para instalarlos. Para reacondicionar un cigüeñal gastado, se rectifican los muñones con una máquina especial y se instalan cojinetes de bajomedida, que son más gruesos.

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Volante. El volante en una rueda sujeta en forma rígida en una brida en la parte trasera del cigüeñal. Su finalidad básica es suavizar los impulsos de potencia aplicados por los pistones y bielas. Si el motor es de uno o dos cilindros, se requiere la inercia del volante para mantener el cigüeñal en rotación hasta la siguiente carrera de potencia. En motores de cuatro, seis o más cilindros, las carreras de potencia se traslapan, pero el volante, de todos modos, ayuda a suavizar los impulsos de potencia o las cargas de choque, pues su inercia ayuda a mantener la velocidad del cigüeñal. Por el contrario, un volante muy pesado le hace perder velocidad. El volante tiene otras funciones importantes en casi todos los motores. Su superficie trasera forma parte del mecanismo del embrague; en el aro lleva una corona que se emplea para acoplar el motor de arranque (marcha) eléctrico para el arranque del motor. Amortiguador de vibración. En casi todos los motores se emplea un amortiguador de vibración montado en la parte delantera del cigüeñal, para amortiguar o absorber las vibraciones. El que se ilustra en la figura 4-11 es una caja giratoria en la cual está instalado un contrapeso de hierro fundido. El espacio pequeño entre la caja y el contrapeso se llena con un líquido especial muy espeso. Si la caja del amortiguador sufre una abolladura o una perforación, por pequeñas que sean, aparte de

Figura 4-8. Expansor de anillos de pistón. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

inutilizarla, producirá más vibraciones en vez de amortiguarlas y se debe sustituir. La amortiguación de vibraciones también se puede efectuar mediante ejes de balanceo o equilibrio instalados paralelos con el cigüeñal e impulsados por los engranes de tiempo.

Figura 4-9. Compresor de anillos de pistón. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

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Componentes del cigüeñal 1. Tuerca. 2. Engrane. 3. Cojinete principal delantero. 4. Cigüeñal.

Figura 4-10. Cigüeñal para motor de dos cilindros. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

ACABADO Para dar la configuración y acabado finales de las superficies correlativas se rebajan o maquinan capas de metal. Esto se suele hacer con ruedas abrasivas o puntas de carburo montadas en una máquina de precisión. El acabado final rara vez es absolutamente terso, aunque lo parezca a simple vista. La unidad de medición para la tersura de una superficie es la micropulgada (millonésima de pulgada). La superficie tiene ranuras y aristas paralelas, muy delgadas, que a veces parecen ser una espiral plana, similar a una rosca microscópica en un perno. En la especificación para la tersura en micro-pulgadas, se considera la profundidad vertical desde la parte superior de la arista hasta el fondo de la ranura o valle. En un motor que ha tenido desgaste normal, sin rayaduras o raspaduras, las paredes de cilindros y otras piezas pueden estar casi absolutamente tersas, esto es, tener lo que se

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llama brillo de espejo. Si se instalan anillos nuevos en pistones con brillo de espejo, hay que eliminar este brillo con piedras de pulir o los anillos nuevos no se podrán asentar lo suficiente contra la pared del cilindro para mantener la compresión y no dejar pasar el aceite. Los sellos de aceite suelen ser de material blando que no puede aislar las imperfecciones y es muy fácil que se dañen con la aspereza de la superficie. Es buena costumbre alisar la parte de un eje en donde hará contacto el sello mediante tela de pulir ("erocus"). Para ello se hace girar el eje en un torno y se sostiene la tela de pulir contra la superficie.

ENGRANES DE TIEMPO (SINCRONIZACIÓN) El cigüeñal del motor debe impulsar el árbol de levas y otros ejes para

1. Contrapeso de hierro macizo. 2. Espacio entre cubierta y contrapeso. 3. Cubierta.

Figura 4-11. Corte seccional del amortiguador de vibración. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

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Los engranes de tiempo suelen estar en una caja en el frente del motor, detrás de la polea del ventilador. En algunos motores están instalados en la parte trasera entre el bloque y el volante.

Figura 4—12. Eje (flecha) de balanceo. (Cortesía ríe Caterpillar Tractor Co.)

accionar las válvulas, la inyección de combustible o el distribuidor de encendido, la bomba del aceite y los accesorios. En los motores industriales y para maquinaria pesada, la impulsión suele ser con un grupo de engranes como se muestra en la figura 4—13. Se llaman engranes de tiempo o de sincronización, porque las válvulas, la inyección y la chispa en las bujías deben estar siempre "a tiempo" con la rotación del cigüeñal, si hay un solo diente mal alineado en uno de los engranes, pueden ocurrir serios daños en el motor. En algunos motores se utiliza una cadena de tiempo del tipo silencioso colocada entre los engranes, en vez de engranes acoplados. No hay ninguna diferencia en el principio de funcionamiento, pero si la cadena está muy gastada, puede saltar de su lugar en los engranes con lo que el motor quedará fuera de tiempo y funcionará mal o no lo hará.

Marcas. Los engranes de tiempo rara vez ocasionan dificultades por sí solos, pero muchas veces hay que desmontarlos para alguna reparación mayor del motor. Es de máxima importancia volver a instalarlos en su posición inicial correcta. Están sujetos al árbol de levas y otros ejes con cuñas o salientes y sólo se pueden instalar en una posición y, además, tienen marcas en la cara delantera (Fig. 4—14) para poder acoplarlos con exactitud. Para facilitar la instalación, es conveniente aplicar tiza (gis)

1. Engrane del árbol de levas. 2. Engrane loco del árbol de levas. 3. Engrane de mando de bomba de inyección y gobernador. 4. Engrane para accesorios. 5. Engrane loco para accesorios. 6. Engrane integral. 7. Engrane del cigüeñal. 8. Engrane de mando de bomba del aceite

Figura 4-13. Engranes de tiempo (sincronización). (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

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o pintura en las marcas para localizarlas con mayor facilidad. Desmontaje. Por lo general para desmontar los engranes de tiempo instalados en la parte delantera es necesario desmontar el radiador, cualquier bomba u otro componente, la polea del ventilador, el amortiguador de vibración, si lo hay, y la tapa de la caja de engranes. Según sea el tipo de motor, hay la opción de desmontar sólo el engrane sin el árbol o eje y sacar los dos juntos. En el motor de la figura 4-15, para sacar sólo el engrane del árbol se saca la tuerca en la parte delantera del árbol y se saca el engrane con un extractor. Si quiere sacar las dos piezas juntas, deje apretada esa tuerca y, por la abertura de acceso en el engrane, saque el perno de sujeción de la placa de retén. Corra la placa hacia un lado para sacar el árbol con el engrane. Al instalar el árbol, que es muy largo, tenga mucho cuidado para que las puntas de las levas no dañen la superficie de los cojinetes. En el motor que se ilustra, el engrane del cigüeñal se instala por ajuste por contracción en caliente, por lo cual no es práctico tratar de sacarlo. Se desmonta el cigüeñal del motor y se saca el engrane con un extractor hidráulico. Para instalar, se calienta el engrane en aceite y se lo empuja en su lugar. Hay que inspeccionar con cuidado todos los engranes, cuñas, cuneros, cigüeñal, árbol de levas y ejes para ver si tienen deficiencias antes de

Figura 4-14. Marcas de tiempo (sincronización). (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

instalarlos; si las hay, se deben cambiar.

SISTEMA DE ENFRIAMIENTO Sólo una parte de la energía del combustible se convierte en energía útil en el motor; el resto se convierte en calor. La mayor parte del calor de la combustión sale por el sistema de escape, pero queda suficiente para destruir el motor en unos cuantos minutos si no se lo elimina en forma

Figura 4-15. Engrane y placa de retención del árbol de levas. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

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Figura 4-16A. Sistema de enfriamiento por líquido.

continua. Casi todos los motores tienen enfriamiento por agua. Circulación. La bomba del agua hace llegar la solución caliente desde la parte superior del motor hasta el tanque superior del radiador; desde allí baja por los tubos y retorna a la parte inferior del motor. Después, sube en el bloque y circula por un complejo sistema de camisas de agua para tener contacto del líquido con el motor, alrededor de las paredes o camisas de cilindros, mecanismo de válvulas y cámaras de combustión. El agua absorbe el calor del metal, pasa por los tubos y aletas del radiador y se disipa en el aire que hace pasar el ventilador a través del radiador. Si se utiliza enfriador de aceite, suele estar conectado en el conducto de retorno del radiador al motor, y recibe el aceite del motor entre la bomba y el motor o el convertidor de

torsión. El aceite circula por tubos o sobre placas desviadoras que disipan el calor en el agua que circula alrededor de ellos. Radiador. El radiador tiene un panal o núcleo formado por un gran número de tubos delgados fijos en aletas horizontales para soportarlos y ayudar a disipar el calor y, además, un tanque superior y uno inferior. Se mantiene una corriente continua de aire alrededor de los tubos y aletas con el ventilador impulsado por el motor. En casi todas las máquinas, el aire pasa por el radiador del frente hacia atrás, con lo cual el movimiento de avance de la máquina aumenta la corriente de aire. Sin embargo, los cargadores frontales suelen tener ventilador empujador que mueve el aire desde el motor hacia el frente a través del radiador, para lanzar al frente el polvo que caiga del cucharón.

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El radiador se debe mantener limpio por fuera y por dentro. El exterior se puede obstruir con hojas, insectos y basura en el lado de entrada de aire. Para limpiarlo, se aplican aire o agua a presión desde el lado opuesto, se limpia con un cepillo de fibra o se sacan las obstrucciones con suavidad con un trocito de madera o un desarmador. No utilice cepillos de alambre y maneje las herramientas con suavidad, pues los tubos suelen ser de cobre delgado y se perforan con facilidad. Más adelante se describe la limpieza del interior del radiador y el sistema de enfriamiento. El agua para el sistema de enfriamiento debe incluir productos anticorrosivos para reducir la corrosión de las partes metálicas. Además, muchos fabricantes recomiendan emplear una mezcla de agua y anticongelante de etilenglicol durante todo el año y, en especial, en climas muy fríos. En algunos radiadores, en especial en los viejos, se pueden producir fugas por la vibración y por la corrosión que pica los tubos o debilita las uniones entre los tubos y los tanques. Casi todas estas fugas y algunos agujeros pequeños se pueden eliminar con el empleo de un compuesto tapafugas. En los radiadores demasiados viejos, puede ser conveniente utilizar siempre el tapafugas y el anticorrosivo. Los bulldozers o los cargadores utilizados para desmontes, deben tener una rejilla de aberturas pequeñas, de alambre duro colocada sobre un protector fuerte para el radiador como protección contra los fragmen-

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Figura 4-16B. Enfriador de aceite del motor. (Cortesía de Waukesha Engine División, Dresser Industries.)

tos de ramas. Si no está instalada de fábrica, se puede hacer con malla vieja de los tamices para grava o piedra triturada. Las rejillas de tela metálica que se compran en las ferreterías tienen alambre muy blando y no se deben usar. Si algún cuerpo extraño corta o perfora el radiador y produce fugas demasiado grandes que no se pueden eliminar con el tapafugas, trate de comprimir los tubos dañados encima y debajo del punto de fuga; con ello, el tapafugas podrá actuar. Si no se puede, desmonte el radiador, lo cual puede ser muy fácil o muy complicado según el tipo de máquina y llévelo a un taller especializado. Pueden cerrar los tubos con soldadura dañados en las partes superior e inferior o instalar tubos nuevos, que es más

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costoso. Si se cierran los tubos se reduce la capacidad del radiador, pero al mismo tiempo ayudarán a limpiarlo, pues se abrirán los tubos restantes y no se perjudicará el enfriamiento. El sistema se llena por el tanque superior. El tapón es del tipo de presión que sella el sistema hasta que la presión aumenta hasta la graduación del tapón, que puede ser entre 3 psi y 14 psi o más según el tipo de motor. Cuando aumenta la presión, se abre la válvula de presión y el aire o el líquido saldrán hacia el depósito de recuperación. También tienen una válvula de vacío para dejar entrar aire al sistema si la presión en éste baja a menos de un valor predeterminado.

Bomba y ventilador. La bomba es del tipo centrífugo y, por lo general se impulsa con una banda. Se utiliza un sello axial positivo con una arandela de empuje de carbón o de fibra. Las fugas son muy poco probables hasta que se gasta la arandela, salvo que se haya dañado por congelación. Para algunos tipos de bombas, hay equipos de repuesto disponibles que incluyen los sellos y otras partes que se desgastan, a un costo mucho menor que el de la bomba nueva. El cojinete puede ser del tipo sellado y con lubricación permanente o puede necesitar engrase ocasional o frecuente. Las bombas, a veces, pierden eficiencia porque las aspas del impulsor están gastadas por la corrosión o por-

Figura 4-17. Tabla de protección con anticongelante de etilenglicol.

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que acumulan impurezas. Sin embargo, aparte de la banda rota o floja, la bomba ocasiona una mínima parte de problemas de enfriamiento. El ventilador, por lo general, succiona el aire a través del radiador, pero los vehículos cargadores pueden tener ventilador empujador; ambos suelen ser intercambiables. Sin embargo, cualquiera funcionará en un solo sentido sin que importe que esté colocado hacia el frente o hacia atrás. Un cojinete malo, una aspa doblada o el marco torcido pueden causar que el ventilador golpee el radiador. El primer efecto es que dobla las aletas y se detiene la circulación del aire; si el golpeteo es más serio, puede desgarrar los tubos. Si el ventilador toca el radiador, aunque sea de manera ocasional, repárelo de inmediato, pues esta deficiencia empeora con gran rapidez. Las aletas del radiador dobladas se pueden enderezar con un desarmador pequeño. Termostato. Un motor que trabaja muy frío no es eficiente. Hay que regular el sistema para mantener la temperatura del líquido entre 160°F y 190°F (71°C a 87°C), para tener mejores resultados. Para evitar el sobrecalentemiento, el sistema de enfriamiento debe ser de la capacidad suficiente para el motor y debe estar en buenas condiciones. Para mantener la temperatura correcta, se utiliza un termostato instalado en el codo donde se conecta la manguera superior del radiador.

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Figura 4-18. Componentes del radiador. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

Si se utiliza un termostato de 185°F y si la temperatura es menor que ésta, empezará a restringir el

Figura 4-19. Bomba de agua. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

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se puede desmontar para su lavado y prueba y cambiarlo si es necesario.

Figura 4-20A. Motor diesel enfriado por aire. (Cortesía de Deutz Diesel Corporation.)

paso de líquido al radiador y lo cortará por completo cuando llegue a 170°F. El agua de la bomba pasará por una derivación de retorno a la parte inferior del bloque, hasta que la temperatura del agua llegue a 170°F y empezará a circular por el radiador, salvo que vuelva a bajar otra vez. Si la cabina tiene calefactor, el agua circulará por él, con el termostato abierto o cerrado. El termostato es indispensable en cualquier motor y puede llegar a fallar. Se puede pegar por las incrustaciones en su válvula movible o inutilizarse si se perfora o rompe el elemento térmico de control. Si hay sobrecalentamiento repentino, lo primero es revisar el termostato, pero es el último que se debe examinar si el motor trabaja demasiado frío. Si está deficiente, se debe sustituir, pues su precio no es muy alto. El termostato

Incrustaciones y herrumbre. El agua, casi siempre, contiene algunas impurezas; éstas y el agua producen ataque químico y electrolítico del hierro y otros metales. Las impurezas se disuelven y se vuelven a depositar. Con ello, se carcomerán y debilitarán las paredes de los conductos para agua y se formarán depósitos que actuarán como aisladores y obstruirán la circulación en el motor y el radiador. Las incrustaciones en los tubos del radiador reducen el volumen de circulación y la rapidez con que se puede transmitir el calor a sus superficies. Esta situación no se notará hasta que la temperatura del líquido se vuelve excesiva. Las incrustaciones en las camisas de agua entorpecerán el paso del calor de la combustión hacia el agua, pero la temperatura de ella no aumentará. Por ello pueden ocurrir daños grandes, pues la diferencia en temperaturas puede agrietar el bloque y la cabeza. Lo primero que se debe hacer para las incrustaciones y la herrumbre es impedir que se produzcan. Por ello, los fabricantes recomiendan utilizar anticorrosivo en el sistema de enfriamiento; compruebe que lo hay. Sirve para evitar daños al bloque y la cabeza por corrosión y en otras piezas por obstrucción. Muchos motores tienen instalado de fábrica un filtro y acondicionador de agua. Si hay incrustaciones, utilice los productos químicos recomendados

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1. Soplador de enfriamiento. 2. Camisa de cilindro con aletas de enfriamiento. 3. Pistón con cámara de combustión de inyección directa. 4. Cabeza de cilindros de aleación ligera con válvulas de admisión y escape. 5. Balancín. 6. Múltiple de aire. 7. Múltiple de escape.

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8. Varilla de empuje y tubo. 9. Árbol de levas. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

Cremallera en el volante. Cigüeñal con contrapesos. Depósito de aceite. Bomba del aceite. Engranes de tiempo. Polea loca para la banda.

Figura 4-20B. Vista en corte de un motor diesel enfriado por aire. (Cortesía de Deutz Diesel Corporation.)

para disolverlas. Se suele utilizar uno ácido, como bisulfato de sodio o ácido oxálico y, luego, se pone el segundo producto que es un neutralizador del ácido y evita que se carcoman las piezas de metal. Si estos productos se utilizan de acuerdo con las instrucciones no se necesitarán repara-

ciones costosas; si no es así, pueden producir daños serios. El radiador y el sistema de enfriamiento se pueden lavar a la inversa: sopletear con agua y aire comprimido y algún producto químico, de acuerdo con las instrucciones del manual de taller. También se puede desmon-

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radiador muy viejo o que esté en malas condiciones.

Figura 4-20C. Mecanismo de válvulas. (Cortesía de Ford Motor Co., Tractor Operations.)

tar el radiador para que en el taller especializado lo hiervan en un tanque con una solución limpiadora; ello producirá fugas pero las pueden reparar ahí mismo. Muchos radiadores se pueden reparar salvo que se hayan dañado en una colisión, pero puede resultar más económico cambiar un

Figura 4-21. Ajuste de holgura de válvulas. (Cortesía de Waukesha Engine División, Dresser Industries.)

Enfriamiento por aire. Los motores se pueden enfriar por la circulación de aire alrededor del exterior de los cilindros, que tienen aletas para aumentar la superficie de disipación del calor. El aire se hace pasar a presión alrededor de los cilindros y aletas con un ventilador del tipo de soplador, de aspas múltiples; éste gira dentro de una cubierta que tienen conductos para aire. Los conductos se destinan a distribuir la corriente de aire por igual, para que todas las partes de cada cilindro se mantengan a una temperatura similar. En el enfriamiento con aire hay una diferencia mucho más grande entre las piezas de metal y el aire, que en el enfriamiento por agua. El motor puede funcionar mucho más caliente, dentro de ciertos límites, a fin de mantener la película de aceite en la pared de los cilindros. En el enfriamiento por aire se utiliza menor volumen de aire que de agua en el otro sistema. Además, no hay necesidad de llenar y darle mantenimiento al sistema de enfriamiento, tiene menos piezas y conexiones y no hay riesgo de ebullición ni congelación de agua. Sin embargo, pueden surgir problemas de distribución dispareja del calor, regulación de la temperatura del motor y deformación de los cilindros, que pueden ser más difíciles de resolver que cuando se emplea enfriamiento por líquido.

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VÁLVULAS En casi todos los motores se emplean válvulas del tipo de cabeza en forma de disco, para la admisión de aire o mezcla de aire-combustible a los cilindros y para el escape de los gases de la combustión a intervalos sincronizados con toda precisión. Se mantienen cerradas con resortes fuertes y se abren por la acción de empuje de las levas. Las válvulas de escape tienen insertos (engastes) de una aleación especial en los asientos. El árbol de levas es recto y se impulsa desde el cigüeñal sólo por engranes sincronizados. Tiene una leva (excéntrica) para cada válvula y está soportado en cojinetes lubricados a presión. El sistema más común es que el árbol esté en el bloque y las válvulas en la cabeza, pero en otros sistemas ambos (el árbol y las válvulas) pueden estar sólo en el bloque o sólo en la cabeza. El árbol de levas gira exactamente a la mitad de velocidad que el cigüeñal. Acción de las válvulas. En la figura 4—20C se ilustra una válvula accionada por un árbol de levas en el bloque. Cuando gira la leva, la punta del lóbulo eleva un levantador de válvulas que, a su vez, impulsa una varilla y ésta empuja un lado de un balancín. El otro lado del balancín empuja contra el vástago de la válvula, la separa de su asiento y se abre un conducto hacia el cilindro. Cuando la punta del lóbulo (la parte más alta de la leva) ya no empuja el levantador, el resorte empuja la válvula a su asiento y el resto del mecanismo vuelve a su posición original. En un motor

Figura 4-22. Ajuste de holgura con componentes gastados. (Cortesía de Wauke-sha Engine División, Dresser Industries.)

que trabaje a 2000 rpm, esta acción ocurre 1000 veces por minuto, o sea, más de 16 veces por segundo, por lo cual se requiere acción sincronizada y rápida. En algunos motores se utilizan rotores de válvulas para que tengan una ligera rotación cada vez que se abren. También se emplean descompresores para mantener abiertas las válvulas de admisión durante el arranque. Tornillo de ajuste. Si el balancín está apretado contra la punta del vástago, la válvula no cerrara por completo. Si hay demasiada holgura o espacio entre ellos, el juego libre de la varilla producirá un golpecito cuando toca el vástago. Para mantener la holgura correcta, se ajusta la longitud de la varilla con levantadores mecánicos o mediante ajustadores hidráulicos automáticos. Para el ajuste de los levantadores mecánicos se utiliza el tornillo de

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ajuste en el balancín, que permite hacer girar la varilla para variar su longitud; después, se fija el ajuste con una contratuerca. El ajuste se suele hacer cuando el motor está caliente, y para ello se emplean llaves especiales, delgadas y largas. La holgura especificada puede ser de 0.010 a 0.030 in. Los balancines muy gastados o cóncavos producirán lecturas falsas con el calibrador de hojas, pero se pueden comprobar con un calibrador de alambre redondo o un micrómetro de carátula. Una holgura muy grande hace que el motor funcione ruidoso, y si es excesiva ocasionará desgaste rápido o quizá una rotura. La holgura muy pequeña mantiene la válvula un poco separada de su asiento, con lo cual se reduce la compresión y la válvula se puede quemar. El daño será mayor si se trata de las válvulas de escape. Ajustadores y levantadores hidráulicos. En casi todos los motores modernos se emplean levantadores hidráulicos de válvulas, con lo cual no hay necesidad de ajustar la holgura.

En algunos motores (Fig. 4-23) se utiliza un ajustador hidráulico que es parte del mecanismo de válvulas con una cámara que se llena de aceite cuando la válvula está cerrada. Hay una abertura por la cual penetra el aceite al cuerpo. Cuando la leva empuja el levantador, el primer movimiento de la varilla cierra la abertura de entrada a la cámara, con lo cual el aceite en la cámara actúa como si fuera un sólido y transmite el empuje al balancín por medio de la varilla. El levantador hidráulico de válvulas (Fig. 4-24) funciona con el mismo principio básico. Con el levantador o el ajustador, no hay necesidad de ajustar la holgura de válvulas. Pero si se utiliza aceite para motor que no tenga detergentes o el aceite está demasiado sucio, la cámara no se llenará con aceite o bien se puede escapar con la presión o producir un golpeteo fuerte y dañino. Si se presenta esta situación, hay que cambiar el aceite por el del tipo recomendado por la fábrica y quizá agregarle un detergente recomendado. Si

1. Balancín. 2. Ajustador hidráulico de holgura. 3. Brida. 4. Varilla de empuje. 5. Arillo seguro. 6. Levantador. 7. Inserto. 8. Seguro. 9. Retén. 10. Sello. 11. Resortes. 12. Rotor de válvula. 13. Guía de válvula. 14. Válvula.

Figura 4-23. Mecanismo de válvulas. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

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15. Cámara de aceite. 16. Embolo. 17. Resorte de émbolo. 18. Cámara de compresión. 19. Cuerpo del levantador. 20. Válvula de retención.

Figura 4-24. Levantador hidráulico de válvulas. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

con eso no se corrige la falla, hay que desmontar el ajustador o levantador para limpiarlo o cambiarlo. Deterioro. Las válvulas bien ajustadas funcionarán durante muchas horas antes de que se necesite reacondicionarlas. Con el tiempo, se pican las caras y los asientos, por lo cual hay escapes de compresión y de gases de combustión que reducen la eficiencia del motor, aceleran el desgaste y deterioro de las válvulas. Cuando un motor funciona con el encendido atrasado (retardado) y/o tiene fugas por las válvulas porque estén ajustadas, demasiado apretadas o tengan asientos o caras picados, el calor hará que las válvulas se tuerzan y no asienten en forma correcta. El desgaste en las guías de válvulas hará que tenga contacto torcido con su asiento. Se pueden romper pedazos de las válvulas y los resortes se debilitarán. En casos muy raros, los

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insertos de los asientos se aflojan y se desprenden. Las fugas o escapes por las válvulas a veces pueden oírse en los múltiples. Se pueden determinar con la prueba de la compresión en la cual se atornilla un compresómetro con un adaptador en el agujero para la bujía o el inyector en un cilindro cada vez y se hace girar el cigüeñal con la marcha. Si las lecturas son incorrectas, la causa principal son las válvulas, pero también pueden ser anillos de pistón gastados o una junta reventada. Aunque las válvulas, en apariencia, estén en perfectas condiciones, se acostumbra rectificarlas como parte del reacondicionamiento del motor. El aumento en la compresión debido al reemplazo de anillos nuevos puede hacer que las válvulas tengan deficiencias que no se habían notado. Para desarmar. Hay diversos tipos de mecanismos de válvulas y

Figura 4-25. Compresión de resortes de válvulas. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

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métodos para reacondicionarlas. A continuación se dan instrucciones generales para desmontar este mecanismo. Vacíe el sistema de enfriamiento; recoja el líquido enfriador si tiene anticongelante o anticorrosivo en un recipiente limpio. Luego, se desmonta la cabeza de cilindros. Para ello, desmonte los múltiples de admisión y escape de la cabeza así como cualquiera de las piezas o accesorios montados en ella para tener espacio para trabajar. Marque y desconecte los cables de las bujías o los tubos para los inyectores para instalarlos en su sitio original; ponga tapones en los tubos que impidan la entrada de mugre. Desmonte la manguera superior del radiador y la tapa de los balancines. Saque los tornillos de los soportes del eje de balancines y quítelo completo. Saque las varillas de empuje y póngalas en el mismo orden en un estante adecuado. Ahora, se sacan los tornillos de sujeción o las tuercas de los espárragos de la cabeza. Para levantar la cabeza, utilice los ganchos, cárcamos o abrazaderas especiales y además, una garrucha, pues la cabeza suele ser muy pesada para levantarla con la mano. Los resortes de válvulas están sujetos en un asiento en la cabeza, rodean la guía y tienen un retén que se fija con seguros en el extremo del vastago. Cuando la válvula está cerrada, tienen una carga muy fuerte. Para sacar los resortes utilice el compresor de resortes (Fig. 4-25) para comprimirlos. Con ello, se elimina la tensión en el retén y se pueden sacar los seguros que lo sujetan al

Figura 4-26. Probador de resortes de válvulas y otros.

vástago para poder quitarlo. Afloje el compresor, quite el resorte y luego la válvula. Rectificación. Una válvula que está muy picada, torcida o gastada, se debe sustituir. Si no, se puede rectificar en una rectificadora de válvulas, con la cara a un ángulo que se especifica en el manual de taller y que puede ser de 30° a 45°. Si con la rectificación el margen de la válvula queda con un espesor menor de 1/32 in, está muy delgada y se debe desechar. Tenga cuidado para no mellar o raspar la cabeza de la válvula, en especial en donde se unen el vástago y la cara, pues un ligero daño puede hacer que se rompa en servicio. El asiento se debe esmerilar al ángulo especificado con una esmeriladora de asientos. Luego, cubra la cara de la válvula con azul de Prusia o

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Figura 4-27. Principios del gobernador mecánico. (Cortesía de Woodward Governor Co.)

litargirio y gírela con un poco de fuerza contra el asiento. Saque la válvula y examine el contacto con el asiento, debe ser una línea continua cerca de la parte superior y en toda su circun-

Figura 4-28. Componentes del gobernador. (Cortesía de Waukesha Engine Div., Dresser Industries.)

ferencia. Si hay alguna interrupción en el contacto, aplique compuesto ("pomada") de esmeril en la válvula y "asiéntela" con el asentador de mano, o bien, esmerile un poco más el asiento. Tenga cuidado porque puede rebajar demasiado material. Otras piezas. Los resortes de válvulas se deben comparar contra uno nuevo para determinar su longitud e inspeccionar para ver si tienen corrosión o grietas. Compruebe la tensión como se ilustra en la figura 4—26. Cualquier resorte que esté corto, dañado o débil se debe cambiar. El vástago y la guía también se pueden gastar. El diámetro del vástago se mide con un micrómetro, primero debajo de la curva en que se une con la cabeza, pues esa parte no toca la guía y conserva su diámetro original y en otros dos o tres lugares en el

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vástago. La guía se mide con un calibrador especial. Las guías de válvulas —si son desmontables— y los insertos de los asientos de válvula se desmontan e instalan con herramientas especiales. Para armar. Para instalar las válvulas, utilice el compresor de resortes e instale el retén y los seguros. Dé unos golpecitos al retén cuando afloje el compresor para comprobar que está bien sujeto. No revuelva las válvulas de admisión y las de escape, pues la de admisión se quemará muy pronto si se instala en el orificio de escape. Lubrique todas las superficies al instalarlas, para protección contra la corrosión y durante los primeros segundos de funcionamiento. Revise el eje, los balancines y otras piezas antes de instalarlos para ver si hay holgura y sus condiciones. Instale junta nueva para la cabeza y sellos nuevos y juntas en donde se utilicen. Apriete los tornillos o las tuercas de la cabeza en el orden y a la torsión especificados.

GOBERNADOR (REGULADOR) Casi todo el equipo pesado debe trabajar a una velocidad más o menos constante sin que importen los cambios en la carga que podrían reducir o aumentar las rpm del motor. La velocidad del motor se mantiene a las rpm especificadas mediante un gobernador. Hay tres tipos que son los que más se emplean.

Mecánico. En el gobernador mecánico se emplean contrapesos que giran junto con un eje impulsado por el motor. Se mantienen cerrados o hacia adentro con uno o más resortes y se abren o separan con la fuerza centrífuga que aumenta según la velocidad. Cuando el eje gira a alta velocidad, los contrapesos se mueven hacia fuera; cuando está a baja velocidad se mueven hacia dentro. Una varilla controlada por los contrapesos regula la velocidad porque controla la inyección de combustible en los motores diesel o la mariposa del acelerador en los de gasolina. Sólo se describirá el gobernador para motores diesel. Cuando el motor debe mover una carga pesada, pierde velocidad y hace que los contrapesos se muevan hacia dentro y aumenten el suministro de combustible, algo similar a lo que ocurre cuando el conductor de un vehículo oprime el acelerador para mantener la velocidad en una subida. Si reduce la carga y el motor se acelera en exceso, esa alta velocidad mueve los contrapesos hacia afuera, se reduce el suministro de combustible y también las rpm del motor a las especificadas. El operador, a veces, puede cambiar la graduación de velocidad del gobernador en el intervalo entre marcha mínima ("ralentí") y velocidad máxima si mueve un acelerador de mano, que cambia la tensión del resorte gobernador. Algunas máquinas tienen también acelerador o un decelerador de pie, que cancelan la posición del acelerador de mano.

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que, a su vez, controla el suministro de combustible. Esto permite obtener una respuesta rápida y reducir o eliminar la caída de velocidad.

Figura 4-29. Gobernador de velocidad. (Cortesía de King-Seeley Corp.)

El gobernador mecánico no puede mantener el motor a la misma velocidad exacta con los cambios en la carga. Si se aumenta la carga hay una ligera reducción en las rpm; si se reduce, hay un ligero aumento en las rpm. Esto se debe a que al volver a la velocidad estable o gobernada original mientras mueve la carga, no podría hacerlo por la reducción de combustible y la velocidad volvería a caer. El cambio en la velocidad estable o gobernada con la carga se llama caída de velocidad y puede ser de 5% a 10% de las rpm gobernadas. Muchas veces se puede hacer un ajuste de la caída. Si se reduce demasiado, el gobernador "oscilará" o hará que la velocidad del motor suba y baje en forma alternada, efecto que aumenta mucho por la demora en la respuesta del motor a los cambios en el suministro de combustible. Hidráulico. Los gobernadores hidráulicos se controlan con los contrapesos y resortes en la misma forma, pero el varillaje controla una válvula hidráulica en el sistema de presión

De velocidad. Los gobernadores del tipo de velocidad para los motores de gasolina pueden ser integrales con el carburador o pueden ser una unidad separada integral instalada entre el carburador y el múltiple de admisión (Fig. 4-29). La acción depende de la velocidad de la mezcla de aire y combustible que choca contra la mariposa (papalote) del acelerador que normalmente se mantiene abierta con un resorte. Cuando al acelerar el motor se llega a la velocidad máxima deseada, la velocidad del aire cancelará la fuerza del resorte y hará que se cierre la mariposa hasta cierto grado, con lo cual se mantendrá el motor a esas rpm. Cuando se reducen las rpm del motor, el resorte abrirá la mariposa. Este tipo de gobernador no es tan rápido en su respuesta como el mecánico y permite que haya más reducción en las rpm con plena carga. El gobernador de velocidad es de menor costo y fácil de ajustar y reparar. Además, es satisfactorio cuando la respuesta rápida no es indispensable o cuando el motor está acoplado con una transmisión de suficiente reducción para que esa característica no tenga importancia. Estos gobernadores se emplean en vehículos para carretera y son adecuados para excavadoras giratorias. En los tractores o motoconformadoras se emplean otros tipos.

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Figura 4-30. Filtro de aire de baño de aceite, sin filtro primario. (Cortesía de Waukesha Engine Div., Dresser Industries.)

ADMISIÓN DE AIRE Hay que filtrar el polvo en el aire que entra a un motor para evitar que raspe y haga acción de esmeril en las piezas movibles y para que no forme depósitos de goma cuando se mezcla con el aceite lubricante. En las máquinas excavadoras que trabajan en lugares con mucho polvo, son de suma importancia los filtros adecuados y su buen mantenimiento.

Filtro de baño de aceite. En algunas máquinas algo antiguas quizá se emplee el filtro de aire del tipo de baño de aceite. Un filtro primario seco en la parte superior del tubo de admisión tiene aspas que le imprimen rotación al aire de entrada para lanzar las partículas de polvo fuera de la corriente de aire hacia un depósito que tiene una mirilla. Cuando el polvo llega hasta la mitad de la altura de la mirilla, el operador tiene que parar el motor, sacar una tuerca de mariposa, quitar primero la tapa y luego el depósito, invertirlo y darle unos golpecitos para que salga el polvo. Se instala el depósito con cuidado de que la junta entre la tapa y el depósito esté bien asentada. En la parte inferior del tubo de admisión, el aire gira en una fuerte curva ascendente y atraviesa la superficie de un baño de aceite que atrapa las partículas lanzadas de la corriente de aire por la fuerza centrífuga. Después, el aire sube a través de una malla de alambre humedecida con aceite que elimina la mayor parte del polvo restante. Hay que lavar el depósito de aceite y volver a llenarlo, también se lava y vuelve a aplicar aceite en la malla del filtro, a intervalos frecuentes. El mecánico, como rutina, siempre debe inspeccionar estos filtros cuando trabaje en una máquina, como precaución contra el descuido del operador. Un nivel bajo de aceite reduce la velocidad del aire, por lo cual habrá más partículas que deba retener la malla. Si el nivel está alto, la corriente de aire puede arrastrarlo y

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una parte podría llegar al motor. Este aceite se quemará en los motores diesel y puede ocasionar que se "desboque" el motor porque no habrá control por el gobernador y pueden ocurrir serios daños. Para evitar ese paso de aceite, hay que cerrar la entrada de aire o poner la transmisión de la máquina en directa y hacer que el motor se pare con la carga. Filtro seco. En las máquinas relativamente modernas se suele emplear un filtro de aire tipo seco como el mostrado en la Fig. 4-31. Se utiliza una malla sencilla de alambre en lugar del filtro primario a fin de evitar la entrada de partículas gruesas. Un tubo recto de admisión lleva el aire a una cámara en la parte superior o cámara del filtro. El aire entra a la parte superior de la cámara externa que tiene entre 32 y 42 tubos ciclones hechos de nilón en donde las aspas lo hacen girar. En la parte inferior, el aire hace una fuerte curva en U para subir por el tubo central hacia la cámara del filtro. El polvo, lanzado del aire por la fuerza centrífuga y por la curva fuerte, sale del fondo de los tubos hacia un depósito. Con ello, se elimina alrededor del 95% del polvo. El aire se mueve desde el exterior de la cámara del filtro y hacia adentro a través de un elemento de filtro de celulosa, plegado, impregnado con resina, que elimina el resto de los cuerpos extraños del aire. La eficiencia de este filtro es entre 99.8% y 100%. Hay que desmontar el depósito de polvo, vaciarlo e instalarlo una vez al día o con más frecuencia si es necesa-

Figura 4-31. Filtro de aire con elemento seco. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

rio. Es muy importante no ponerle nada de aceite. Los tubos ciclones no necesitan atención periódica porque se limpian por sí mismos. Para limpiar el elemento se utiliza un chorro de aire seco y limpio a una presión de 40 psi o menos. Primero, dirija el aire contra el interior del elemento y luego hacia el exterior en forma alternada. También puede emplear agua limpia a la misma presión. Hay que dirigir el aire o el agua a lo largo de cada pliegue. Para eliminar los depósitos de aceité o de hollín, se lava el elemento con agua templada y un detergente casero que no haga espuma. El humo excesivo en el escape, la falta de potencia o ambos puede ser señal que el elemento del filtro restringe la entrada de aire. Si después de limpiarlo continúa el problema y

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menos cantidad de este gas se combina con el combustible. En los motores de cuatro tiempos, la pérdida de potencia empieza por cada 1000 pies de altitud; en los motores diesel de dos tiempos la pérdida empieza a ocurrir a unos 10 000 pies, porque el o los sopladores introducen más aire. Figura 4-32. Turbocargador. (Cortesía de Cummins Engine Co.)

no se debe a otras causas hay que cambiar el elemento. Su duración útil puede ser entre 125 y 3000 horas, según sean la cantidad y el tipo del polvo y el cuidado y limpieza del elemento. En los motores en que se emplea más de un tubo de admisión de aire deben tener un filtro de aire completo en cada uno. Protección para el escape. Si el agua de lluvia entra por el tubo vertical de escape, se dañará el motor. Se le debe poner una tapa siempre que se para la máquina. Puede ser una tapa embisagrada delgada que se abre en forma automática por la presión en el escape, pero en cierto tipo de trabajos puede durar muy poco. En último caso, se puede poner un bote en el tubo de escape cuando se pare el motor. Altitud. Los motores pierden potencia a más de determinada altitud. Esto se debe a que el aire es menos denso —contiene menos oxígeno— conforme aumenta la altitud sobre el nivel del mar. Por ello, el motor aspira menos oxígeno en cada carrera de admisión, se reduce la compresión y

Sobrealimentación. El turbocargador (o el supercargador en motores antiguos) es una bomba que hace entrar el aire a la admisión del motor a una presión mayor que la atmosférica. Con ello, se introduce más oxigeno en los cilindros para poder quemar el combustible con más eficiencia y obtener más potencia en un motor del mismo tamaño o una potencia igual con un motor más pequeño. Un motor turbocargado, por lo general, tiene una cámara de combustión más grande que el motor de aspiración natural, lo cual no aumenta la relación de compresión. El turbocargador vencerá la fricción en los conductos para aire a fin de que los cilindros se puedan llenar por completo a altas velocidades, que cuando sólo penetra por la presión atmosférica. El turbocargador ayuda a mantener la potencia desde el nivel del mar hasta grandes altitudes. Un motor en el cual sólo penetra el aire durante la carrera de admisión de los pistones, se llama de aspiración natural, para distinguirlo del turbocargado. El turbocargador (Fig. 4-32) tiene una turbina con cierto número de aspas y la hace girar el gas del escape a alta velocidad; la turbina, a su vez,

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Figura 4-33. Motor de gasolina de cuatro tiempos. (Cortesía de Ford Motor Co., Tractor Operations.)

impulsa al compresor, que también tiene aspas, para enviar el aire al motor. Los gases del escape pasan por boquillas en las cuales se aumenta su velocidad a fin de aplicar fuerza máxima en las aspas de la turbina y los impulsos de cada cilindro se incorporan en una sola corriente de gas. Con ello se produce cierta contrapresión, pero menor que el aumento en la presión en la admisión. El turbocargador aumenta la eficiencia del motor porque convierte la energía desperdiciada en los gases del escape, en una presión de admisión, limpia los gases de escape e incluso puede convertir la carrera de admisión en una de admisión de aire a presión. El turbocargador puede girar a 75 000 rpm o más. El lado de entrada se mantiene caliente con los gases del escape; el lado del compresor o salida

se enfría con el aire. En todos los motores turbocargados hay que dejar el motor en marcha mínima ("ralentí") unos 15 minutos después de que ha trabajado a toda su potencia, para uniformar la temperatura antes de pararlo, de lo contrario, se dañará el turbocargador.

MOTORES DE GASOLINA (ENCENDIDO POR CHISPA) El motor de gasolina, llamado también de encendido por chispa para hacer una distinción técnica con el diesel, se utiliza en automóviles y camiones y equipo de construcción de tamaño pequeño o mediano. Pesa menos y es menos costoso que un motor diesel de la misma potencia, pero el precio de la gasolina es más alto. En estos motores se utiliza la gasolina —que se vaporiza con facilidad para producir la mezcla de aire-com-

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bustible— y una chispa eléctrica para inflamar la mezcla y producir potencia. Cuatro tiempos. En la figura 4-33 se ilustra el funcionamiento de un motor de gasolina de cuatro tiempos o carreras. El ciclo se inicia con la carrera de admisión, en la cual el pistón se mueve desde el punto muerto superior (PMS), hasta el punto muerto inferior (PMI) como se ilustra en (A), luego se produce un vacío que deja entrar la mezcla de aire-combustible por la acción de la presión atmosférica, por la válvula de admisión que está abierta. Cuando el pistón llega al PMI, se cierra la válvula de admisión y el pistón se mueve hacia arriba para comprimir la mezcla en la cámara de combustión; este movimiento se llama carrera de compresión. La cantidad a la cual se comprime la mezcla, se llama relación de compresión, y si es de 7:1, significa que se ha comprimido la carga en el cilindro a Vj parte de su volumen original. Cuando el pistón se aproxima al PMS en la carrera de compresión, salta una chispa entre los dos electrodos de una bujía y se inflama la mezcla; la expansión de los gases empuja al pistón en la carrera de potencia. El salto de la chispa se sincroniza por medio de una leva en el eje del distribuidor, que está acoplado con un engrane formado en el árbol de levas. Cuando el pistón llega al PMI en la carrera de potencia y empieza a subir otra vez, se abre la válvula de escape para expulsar los gases de la

combustión por la válvula de escape hacia los conductos de escape, esto es, la carrera de escape, con la cual termina el ciclo de cuatro tiempos. Cuando el pistón vuelve a bajar, penetra una nueva carga de aire y combustible y se repite el ciclo. Dos tiempos. En los motores de dos tiempos, la chispa salta cada vez que el pistón llega al punto muerto superior, como se ilustra en la figura 4-34. Cuando el pistón está en su carrera descendente, descubre una lumbrera en cada lado del cilindro, una que se abre hacia la caja del cigüeñal y, la otra, hacia un conducto de escape. El pistón tiene una prominencia en la cabeza que impide la comunicación directa entre las dos lumbreras. El aire de admisión pasa por un carburador convencional y la mezcla pasa a la caja del cigüeñal debajo del pistón. Si hay más de un cilindro, la caja del cigüeñal estará dividida en secciones, una para cada cilindro. Cuando el pistón baja en la carrera de potencia, comprime la mezcla en la caja del cigüeñal, y cuando llega a su punto muerto inferior, deja descubiertas ambas lumbreras. La carga comprimida entra por una lumbrera y los gases quemados salen por la otra. El pistón sube en la carrera de compresión, la chispa en la bujía inflama la carga y se repite el ciclo. Debido a que la admisión de aire es por la caja del cigüeñal, no se puede utilizar como depósito de aceite. Entonces, se mezcla aceite con la gasolina para producir un rocío lubricante cuando se vaporiza la gasolina.

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En algunos motores se puede mezclar aceite mineral simple —no use aceite para motor— con la gasolina en la proporción recomendada por el fabricante. Sin embargo, ahora los fabricantes recomiendan utilizar el aceite especial para motores de dos tiempos que se mezcla con la gasolina en una proporción de 1:32. En un motor de dos tiempos, a la misma velocidad de rotación del cigüeñal, la chispa saltará el doble de veces que en un motor de cuatro tiempos. No produce el doble de potencia, en comparación con el tamaño, porque hay cierto movimiento muerto para descubrir y cerrar las lumbreras. Los motores de gasolina pequeños de dos tiempos se utilizan en máquinas pequeñas como sierras de cadena, bombas portátiles, esparcidores y en algunos accesorios, pero muy poco en equipo pesado. Compresión. La relación de compresión es importante para la eficiencia y el rendimiento del motor. Cuando las moléculas de aire y gasolina están muy comprimidas, aplicarán mayor potencia con los gases de combustión en el pistón y habrá menos pérdida que con baja compresión. Los motores de alta compresión necesitan gasolina de muy alto octanaje. Los motores industriales suelen tener una relación de 6.0:1 a 7.5:1. Los motores actuales para automóviles tienen una relación de entre 8.0:1 y 8.5:1. La relación de compresión tiene un límite, porque el aire se calienta al comprimirlo; si la relación es muy

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Figura 4-34. Motor de gasolina de dos tiempos.

alta, la mezcla se inflamará por sí sola (preignición) antes de que salte la chispa. Pero, los motores diesel trabajan con el aire muy caliente y el combustible que no es muy inflamable en sí, se inflama con ese calor producido por una relación de compresión de 15:1. Un aspecto de más importancia en los motores de gasolina es la combustión incompleta. Como se ilustra en la figura 4-35, cuando se inflama una mezcla de aire y gasolina comprimida, la combustión de la parte que está más cerca de la bujía producirá expansión de gases y comprimirá la parte de la carga a la cual todavía no llega el frente de llama y se producirá una detonación, que ocasiona un golpe en la cabeza del pistón y el ruido conocido como "cascabeleo" o golpeteo.

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Figura 4-35. Cámaras de combustión. (Cortesía de International Harvester Co.)

Para resolver esta situación se ha modificado la configuración de las cámaras de combustión para tener combustión más uniforme, para enfriar la sección en donde podría ocurrir la detonación o hacer que la detonación se produzca en una cámara secundaria en la cual se reduce su efecto para el momento en que llega al pistón; con la instalación de la bujía en el centro de la cámara de combustión, al agregar (desde hace muchos años) el tetraetilo de plomo y otros antidetonantes a la gasolina; con el ajuste del tiempo del encendido en el distribuidor para atrasarlo para que la chispa salte más tarde. Esta última modificación —el atraso— puede ocasionar que salgan gases todavía inflamados por el escape, con lo cual se desperdicia combustible y potencia y se produce un calor excesivo. Conforme aumenta la velocidad del motor, sólo admite menor canti-

dad de carga en cada carrera de admisión, pues el movimiento de admisión de la mezcla se hace más lento por la fricción en el filtro de aire, el carburador y los conductos en el múltiple y el tiempo durante el cual está abierta la válvula de admisión es más corto. Dentro de un límite superior de rpm, cuanto mayor sea la velocidad del motor, más potencia produce, pero después de llegar a ciertas rpm, entre la mitad y % partes de sus rpm máximas, se reduce su torsión real (Fig. 4-36Ay 4-36B), debido a que los cilindros reciben menos carga y se acorta el tiempo durante el cual los gases de combustión pueden actuar contra el pistón. Un motor "arreglado", entre otras cosas, tiene conductos agrandados para la mezcla y árbol de levas que hace que las válvulas abran más, a fin de poder llenar los cilindros con la mezcla a velocidades altas. Un motor industrial de gasolina tiene componentes más fuertes que el equivalente para un automóvil, pues sus condiciones de funcionamiento y de carga son más severas. Por ello, es más costoso.

COMBUSTIBLE El combustible para algunos motores industriales es la gasolina. Por lo general, se emplea la misma gasolina que en los automóviles. Puede incluir una muy pequeña cantidad de tetraetilo de plomo, compuesto venenoso que ayuda a reducir el golpeteo y otros productos químicos para aumentar su eficiencia, así como al-

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otros países, el número octano de las gasolinas suele ser diferente. Las gasolinas con plomo y colorantes son adecuadas para motores industriales que trabajan en forma casi constante. Sin embargo, en máquinas que se emplean rara vez, como el compresor de un contratista que no tiene mucho trabajo o una bomba cuyo dueño tuvo la suerte de trabajar en un lugar seco, la gasolina se evapora en el carburador y los tubos; deja un residuo gomoso que puede causar dificultades para el arranque y el funcionamiento, y es engorroso eliminarlo. Además, en muchos luga-

Figura 4-36A. Curvas de rendimiento, motor de gasolina. (Cortesía de International Harvester Co.)

gún colorante para que no se la confunda con otro líquido o como identificación del productor o del octanaje. La gasolina se clasifica por su número octano. El octano es un hidrocarburo de gran poder antidetonante y se le asigna el número 100. El heptano es otro hidrocarburo de mínimo poder antidetonante y se le asigna el número 0. El número octano de la gasolina es el porcentaje de octano en una mezcla de éste y heptano, que equivalga a su poder antidetonante. En la actualidad, en Estados Unidos hay gasolina sin plomo de 87 octanos, gasolina con plomo "regular" de 89.5, "premium" de 94 y la de aviación de 100 a 145. Todas contienen colorante y ciertos aditivos. En

Figura 4-36B. Curvas de rendimiento, motor diesel. (Cortesía de International Harvester Co.)

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res puede ser difícil obtener gasolina blanca que no tendrá, casi nunca, el octanaje requerido. El principal problema de las gasolinas con plomo es que son muy venenosas, pueden irritar la piel, de manera que nunca se deben emplear para lavar piezas y se deben manejar con mucho cuidado. El plomo puede entrar al organismo por los pulmones o por la piel y, a la larga, producir una intoxicación permanente. Siempre debe emplearse gasolina sin plomo en los motores equipados con convertidor catalítico en el sistema de escape, pues el plomo inutilizará el material catalizador. La misma recomendación se aplica para los vehículos que tienen la leyenda "Sólo combustible sin plomo" junto al tubo llenador del tanque. Los motores de gasolina también pueden funcionar con gas licuado de petróleo (LPG) o con algunos combustibles especiales que, en algunos lugares, se pueden obtener en donde hay refinerías. En tal caso se necesitan tanque, regulador y carburador y otros componentes especiales. La mezcla normal de aire-combustible es de 15 partes de aire por una de gasolina. Hay mezclas más ricas hasta de 9:1 y pobres hasta de 20:1 pero, estas últimas producirán funcionamiento deficiente del motor. Sistema de combustible. En un sistema típico de combustible el tanque está en algún lugar conveniente del vehículo o de la máquina. El cuello llenador debe ser de un tamaño suficiente para poder llenar el tanque con botes; además, es deseable que

sea de un tamaño para poder pasar un brazo por la abertura y limpiar el tanque. El tapón debe tener una junta para que quede bien apretado para que no se derrame el combustible cuando se inclina o se sacude la máquina. Suele tener un respiradero para que penetre el aire conforme se consume el combustible. La bomba succiona el combustible con un tubo en la parte inferior del tanque, que está entre ¼ y ½ in encima del fondo a fin de que haya lugar para que se sedimenten el agua y cuerpos extraños. Algunos tanques tienen un tapón de drenaje en el fondo. En el tubo de succión suele haber un filtro y otro en algún lugar de la tubería. El tubo de combustible tiene una manguera flexible para conectarlo con la bomba, porque el movimiento del motor en sus soportes podría romper una rígida. Bomba. La bomba de combustible tiene un diafragma que se mueve hacia arriba y abajo con un balancín impulsado por un excéntrico para la bomba en el árbol de levas y dos válvulas de retención, una en la admisión y otra en la salida hacia el carburador. El movimiento de bombeo del diafragma cierra la válvula de admisión y abre la de salida y envía el combustible hacia ésta y el tubo o manguera que va al carburador. Con el movimiento de succión se cierra la válvula de salida, se abre la de entrada y se succiona el combustible por el tubo de admisión.

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La bomba que se ilustra en la figura 4-37 es de un tipo antiguo. Era una bomba combinada para combustible y vacío para enviar un vacío estable, por ejemplo, para los limpiadores de parabrisas. Carburador. El carburador es un aparato para mezclar el aire y la gasolina en las proporciones adecuadas. En los motores pequeños se emplea un tipo que es una combinación de carburador y bomba. En todos los demás, se emplea un flotador. El carburador tiene un flotador y una válvula o aguja para regular el suministro de gasolina; el flotador está colocado en un depósito pequeño llamado taza del flotador. Conforme se consume la gasolina el flotador baja y abre la aguja de entrada que per-

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mite la entrada de combustible que viene de la bomba. Cuando el flotador sube a la altura correcta, su brazo cierra la válvula. El nivel se controla con mucha exactitud para que mientras el motor esté en marcha, penetre una cantidad pequeña pero continua de gasolina a la taza para sustituir a la que se ha consumido. El aire pasa por el carburador debido al vacío parcial que se forma en los cilindros durante la carrera de admisión de los pistones. El carburador está conectado a los cilindros con un múltiple de admisión y el aire penetra por un filtro. Dentro del carburador el aire pasa por una garganta. Esta última tiene una parte de tamaño reducido llamada venturi, que aumenta la velocidad

Exoéotrioo pflfs bomba

Figura 4-37. Sistema de combustible para gasolina.

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Figura 4-38. Carburador sencillo. (Cortesía de Briggs & Stratton Corp.)

de la corriente de aire y produce un vacío parcial en la parte más ancha —debajo del venturi. La corriente de aire se controla con dos mariposas. Una es la del acelerador en el lado del múltiple y regula la cantidad de mezcla de aire-combustible que puede entrar al motor que, a su vez, determina la velocidad. La mariposa del estrangulador ("choke" o ahogador) está en la toma de aire o entrada al carburador. Cuando se abre el acelerador para que entre mayor cantidad de mezcla al cilindro, aumenta la cantidad de gases de combustión que empuja con más fuerza el pistón para que el cigüeñal gire a más velocidad y produzca más potencia. Espreas (surtidores). El combustible se mezcla con la corriente de aire mediante las espreas o surtidores que tienen conductos calibrados. La esprea principal va desde la taza del flotador hasta un punto en el ven-

turi en donde hay presión reducida. La presión atmosférica sobre la gasolina que hay en la taza la hace pasar por la esprea y la atomiza en la corriente de aire, en donde se vaporiza. La cantidad de gasolina se regula con la apertura de la mariposa del acelerador. Cuando el motor está en marcha mínima ("ralentí") no hay suficiente paso de aire ni vacío en la garganta para succionar la gasolina en la esprea principal. El suministro se realiza con la esprea de baja que está junto a la mariposa del acelerador, en donde el aire se acelera para pasar por un orificio estrecho. Cuando se abre más el acelerador, pasa muy poco aire por la esprea de baja, la cual deja de suministrar gasolina. Ajuste. La aguja de mezcla —o válvula de aguja en los motores pequeños— tiene cabeza ranurada o una estría para poder girarla con la mano, un desarmador o con una pinza. La ranura señala la posición de cada media vuelta y tiene rosca derecha. Un resorte impide que gire por sí sola. La punta cónica de la válvula de aguja y su asiento tiene acabado muy preciso para tener mejor control. Al apretarla se reduce o se corta el paso de gasolina y, al aflojarla, se aumenta. La aguja de mezcla en motores más grandes tiene la misma función. Nunca apriete a fondo la válvula de aguja con fuerza, porque dañará la punta de la aguja y el asiento. Para ajustar la mezcla para marcha mínima en los carburadores normales, suelte el acelerador, observe la

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posición de la aguja y hágala girar cierto número de vueltas a la derecha hasta que el motor empiece a funcionar con brusquedad. Regrese la aguja la mitad del número de vueltas, poco a poco, hasta que el motor funcione con suavidad. La aguja se queda fija en ese lugar. Si con este ajuste no se logra marcha mínima suave, vuelva la aguja a su lugar original y busque otra causa. Las espreas de alta velocidad en el carburador de los motores pequeños son más complicadas para ajustarías. Gire la válvula de aguja hasta que la mezcla muy pobre haga fallar el motor y aflójela hasta que funcione con suavidad. Si ahora funciona con suavidad, pero hay fallas al acelerar (en los carburadores para motores grandes), la bomba de aceleración no funciona bien o hay que ajustarle su carrera. Este problema también puede ser porque el flotador esté pegado, por mugre o deficiencia de la bomba. La reparación de carburadores requiere conocimientos especializados. Hay un recurso en los motores pequeños de uno o de dos cilindros que suele dar buenos resultados. Si uno de ellos funciona con irregularidad, afloje la aguja de mezcla o válvula de aguja (una cada vez si hay dos) una vuelta completa y vuélvala a su posición original. Hágalo unas cuantas veces con el motor en marcha. El problema, muchas veces, puede ser por mugre en el asiento de la válvula. Si se afloja la aguja, pasará más gasolina para arrastrar la partícula y la rotación de la aguja la hará pasar a los conductos más grandes.

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Figura 4-39. Diagrama elemental de un carburador.

Estrangulador ("choke"). Para el arranque en frío de un motor de gasolina se necesita el estrangulador. El más sencillo es una mariposa que cierra la toma de aire, con lo cual la succión en los cilindros produce un vacío intenso en la garganta y sale más gasolina por las espreas. Con ello se produce una mezcla muy rica con mayor cantidad de gasolina (que se vaporiza en la garganta por el vacío) y arde con más facilidad en los cilindros del motor frío. Se necesita una chispa intensa para inflamar la mezcla rica. Si el acumulador está bajo de carga o el aceite muy espeso por el frío, la marcha consumirá tal cantidad de corriente del acumulador que se reducirá el voltaje para la bobina y la chispa será muy débil. En el sistema de encendido por magneto en motores pequeños no se presenta este problema, porque no se emplea acumulador. Conforme se sigue haciendo funcionar la marcha con el estrangulador cerrado, la mezcla que llega a los

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Figura 4-40. Válvula de aguja.

cilindros contiene más gasolina cruda, porque casi no habrá aire en el múltiple de admisión. En un motor en buenas condiciones mecánicas y si hay una chispa intensa en las bujías, se inflamará cualquier tipo de mezcla; si la chispa está muy débil, quizá no pueda inflamarla. Cuanto más baja sea la temperatura ambiente, más rica será la mezcla. Si el motor no arranca con el estrangulador cerrado y se sigue haciendo funcionar la marcha, entonces se "ahogará" el motor. La gasolina cruda dificultará la inflamación de la mezcla, puede poner en cortocircuito los electrodos de las bujías y puede haber tal cantidad de mezcla rica en el múltiple o los cilindros, que persistirá durante cierto tiempo después de que se abre el estrangulados En casos extremos de ahogamiento del motor por la mezcla muy rica, puede ser necesario sacar las bujías para que se sequen. Casi siempre bastarán sólo unos minutos para que se evapore algo de gasolina en los cilindros. Si el estrangulador no cierra del todo o no funciona, no arrancará el motor. Puede ser porque el vari-

llaje esté desconectado o torcido. La apertura de la mariposa puede dejar pasar mucho aire en determinados motores y condiciones. Si el estrangulador está bien cerrado, se puede oír en ciertos motores un "silbido" cuando se hace funcionar la marcha; si no se oye, es que el estrangulador no cierra del todo. Además, si escurre gasolina del carburador es que está "ahogado". Los carburadores para vehículos tienen una bomba de aceleración que descarga una cantidad adicional de gasolina hacia la garganta cada vez que se oprime el pedal del acelerador a fondo. A veces, si se "bombea" en el pedal durante el arranque, se enriquecerá la mezcla y se puede complementar la acción del estrangulador. Sin embargo en los motores industriales estacionarios, se emplean gobernadores que interrumpen la conexión para la mariposa del acelerador. En estos motores, es necesario mover con la mano el varillaje del acelerador en el carburador para que la bomba ayude al estrangulador; para este trabajo se necesita un ayudante y quizá no valga la pena.

DIFICULTADES CON EL COMBUSTIBLE El suministro incorrecto de combustible ocasiona gran parte de las dificultades con el arranque y el funcionamiento de los motores. Las causas incluyen filtros y tubos obstruidos o sucios, agua, fugas, vaporización y deficiencia de la bomba.

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Mugre. La mugre puede caer al combustible al transportarlo en botes sin tapa; penetrar por el respiradero en el tapón del tanque y formarse por la corrosión en el tanque. Parte de ella se sedimenta en el fondo del tanque sin ocasionar problemas pero otra parte con el tiempo entrará en las tuberías. Es fácil que obstruya un tubo en un codo o en un punto bajo y se acumulará en los filtros hasta que se obstruyan. Para evitar casi todos los problemas con la mugre y con el agua hay que manejar el combustible en recipientes limpios y con tapa. Si se saca el agua con frecuencia del fondo del tanque de la máquina —si tiene tapón de vaciar— y de los filtros y se cambian los elementos de éstos se evitarán muchos problemas. Puede darse el caso de que haya un tanque que se corroa con facilidad y ocasione problemas constantes con los residuos en los tubos. Puede ser que el revestimiento interno del tanque se haya dañado por corrosión, pero cuando ocurre es muy tarde para evitarlo. Un tanque corroído se debe sustituir por uno nuevo. Condensación. El aire ambiente caliente puede contener mucho más vapor de agua que el aire frío. Un objeto frío que haga contacto con el aire caliente se cubrirá con una capa de humedad condensada que incluso puede llegar a gotear. Esto se puede ver en un vaso que contiene una bebida con hielo y ocurre por igual en las superficies internas y externas de una máquina.

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La condensación se puede producir con diferencias muy pequeñas de temperatura en donde el aire no puede circular. El enfriamiento que ocurre durante la noche y produce el rocío en las plantas también lo puede formar dentro del tanque encima del combustible. La condensación se puede agravar si se deja la máquina tapada con una lona y sin ventilación porque la lona retendrá la humedad durante el día, que se enfriará y condensará durante la noche. Agua. Si la condensación es muy grande y gruesa, una parte escurrirá hasta el combustible y se acumulará en el fondo del tanque junto con el agua que ya pueda contener el combustible. Quizá se llene el espacio para sedimentación y penetrar al tubo de combustible. Una cantidad muy pequeña de agua quizá no ocasione problemas con el motor, pero puede producir fallos ligeros o arranque difícil. También la puede retener un filtro y acumularse en la taza donde, en un momento dado, llegará a una altura que no deje pasar el combustible. Esta agua se puede congelar en los tubos en climas muy fríos, aunque la máquina esté funcionando, los obstruirá y puede ser necesario descongelarlos con calor. Los tubos metálicos pueden soportar una primera congelación, pero con la segunda o la tercera se reventarán. Los problemas con la condensación se eliminan en gran parte si se llena el tanque al final del turno para que la humedad no se llegue a con-

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densar. Esto también se aplica a los tambores y recipientes donde se guarda el combustible. Además, es conveniente sacar el equivalente de la última taza de combustible en un bote o tambor y enjuagar un bote vacío con combustible antes de llenarlo. A veces, no es posible mantener llenos los tanques y puede entrar agua de otra fuente en forma accidental. Se puede eliminar sin problemas si se agregan una o dos tazas de alcohol desnaturalizado o alguno de los productos comerciales. El producto químico tiene la doble función de evitar que se congele el agua y reducirle su tensión de superficie para que no se mezcle con el combustible y pueda pasar por los filtros, espreas o inyectores sin producir daños. Se obtienen excelentes resultados, pero hay que aplicarlos antes y no después de que empezó la congelación. Vaporización. La vaporización, llamada también bolsas de vapores, ocurre cuando el aire y el combustible —por lo general la gasolina— se vaporizan y hacen más lento o no dejan pasar el combustible por los tubos. Suele ser también porque la bomba de gasolina no pueda bombear el aire, en algunos tipos de bombas, una burbuja de aire pequeña puede hacer que deje de bombear combustible, a veces unos segundos o a veces hasta que se extrae todo el aire. El aire puede entrar con mayor rapidez de la que puede expulsarlo la bomba y hará que deje de funcionar. Una bomba puede trabajar con algo de aire en las rpm normales de funcionamiento, pero no lo hará en

marcha mínima o al arranque. El resultado es que puede ser difícil arrancar un motor que tenga una pequeña filtración en el tubo de gasolina, pero una vez que arranca funcionará bien. La vaporización en los motores de gasolina ocurre más en tiempo o clima cálidos; se puede corregir con aislamiento colocado entre el tubo de combustible y el múltiple de escape. Mangueras. Casi todos los motores de gasolina o diesel tienen un tramo de manguera para la entrada a la bomba. El motor se balancea en sus soportes y este movimiento puede romper un tubo metálico muy pronto. La manguera puede durar seis meses o tres años, pero tarde o temprano se dañará. Localícela y cámbiela antes de que la máquina se pare en pleno trabajo. Si la manguera tiene humedad en el exterior por las fugas de combustible, está hinchada o se siente muy floja al oprimirla con los dedos, se debe cambiar. Trate de tener en existencia unas cuantas mangueras así como sus adaptadores y conexiones para cambiarlas a tiempo y evitar llamadas de urgencia al campo. Para localizar las filtraciones (entradas) de aire, se limpia y seca el exterior del sistema de combustible y se observa si hay fugas. El aire puede penetrar por el mismo sitio de la fuga.

SISTEMA DE ENCENDIDO CONVENCIONAL El sistema de encendido en un motor de gasolina produce corriente de alto voltaje para que salte la chispa en las

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Figura 4-41. Diagrama del sistema de encendido.

bujías e inflamar la mezcla de airecombustible en los cilindros en el momento preciso. Hay dos tipos de sistemas de encendido: con acumulador y con magneto. El sistema con acumulador, que es el más común, puede ser del tipo convencional con platinos o de estado sólido (electrónico). Primero se describirá el sistema convencional. Hay dos circuitos. La corriente en el circuito primario va desde la terminal negativa del acumulador, por el interruptor de encendido y los alambres primarios hasta la bobina, los platinos del distribuidor y a tierra. Este circuito es de bajo voltaje. El circuito secundario, de alto voltaje, va desde el devanado secundario

de la bobina, por el rotor y la tapa del distribuidor y por los cables hasta las bujías (Fig. Bobina. La bobina consta de un núcleo de hierro blando, en torno al cual hay dos devanados de alambre de cobre aislado. El devanado primario tiene unas pocas vueltas de alambre grueso; el secundario, tiene miles de vueltas de alambre muy delgado. Cuando circula la corriente en el circuito primario, se produce un intenso campo magnético alrededor del núcleo. Cuando se contrae el campo con la abertura de los platinos (contactos) se induce una corriente de 10 000 a 30 000 volts en el devanado secundario.

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Ambos devanados de la bobina están conectados por alambres con el distribuidor y están colocados dentro de una caja sellada llena con un aceite aislante especial. Distribuidor. El distribuidor es el mecanismo regulador del sistema de encendido. Tiene un eje acoplado con el árbol de levas, que lo hace girar. En el circuito primario hay platinos (contactos) que se mantienen cerrados por medio de un muelle y se abren a intervalos periódicos con una leva en el eje del distribuidor, que tiene un lóbulo por cada cilindro del motor. Uno de ellos está conectado a tierra. Cuando se separan interrumpen el circuito primario. Un condensador conectado con los platinos es un "depósito" de corriente para absorber cierta cantidad de ella cuando se abren los platinos, a fin de reducir o eliminar los arcos entre ellos. Platinos (contactos). Un platino es estacionario y está conectado a tierra en el distribuidor, o directamente con un alambre. El platino movible recibe corriente de bajo voltaje del devanado primario de la bobina y está aislado del distribuidor. Los platinos son un componente crítico en el sistema de encendido. Se deben mantener con la abertura recomendada por el fabricante del motor, que puede ser de 0.015 a 0.020 in, según el modelo del motor. Se mide cuando la leva en el eje empuja al contacto movible a su abertura máxima. Un calibrador de hojas del espesor especificado debe pasar por la abertura con un ligero rozamiento.

Figura 4-42. Distribuidor de encendido. (Cortesía de Delco-Remy Div., General Motors.)

Para ajustar la abertura, se aflojan un tornillo de ajuste y un tornillo de sujeción y se mueve la placa movible. Utilice dos desatornilladores, afloje el tornillo de sujeción, gire la leva hasta tener la abertura correcta y, luego, sujétela para que no gire y apriete el tornillo de sujeción. A veces, el platino estacionario tiene un tornillo y una contratuerca; para ajustarlo, se afloja la contratuer-

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ca, se aprieta o se afloja el tornillo y se aprieta la contratuerca. Siempre vuelva a comprobar la abertura después de apretar el tornillo o la contratuerca, pues puede haber cambiado al apretarlos. Las superficies de contacto de los platinos deben estar limpias y sin picaduras. Con el uso se pican y queman ligeramente y se pueden producir picaduras y puntos de corrosión. Se deben limpiar con una lima para platinos. Si las picaduras son profundas, es preferible instalar platinos nuevos. Los que están ásperos no se pueden ajustar con exactitud. La abertura entre los platinos se puede agrandar conforme se gasta el metal y reducirse cuando el bloque de fibra en el platino movible se gasta por el contacto con la leva. Estos dos tipos de desgaste se compensan entre sí, se alternan o parece que existe uno solo. El condensador débil ocasiona quemadura rápida de los platinos; la falta de lubricación aumenta el desgaste en el bloque de fibra. La debilidad o falta de capacidad del condensador puede hacer que se corte la corriente para todos los cilindros a alta velocidad. En general, las aberturas demasiado separadas o que están corroídas tienden a causar problemas en el arranque o tienen un funcionamiento irregular. Las aberturas muy reducidas o un condensador muy débil causan interrupción de la corriente a velocidades elevadas con carga y puede ser difícil distinguir de una falla del combustible. Pero usted no se puede atener a que estos síntomas sean claros.

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Los platinos y el condensador son de bajo costo y se deben sustituir cuando haya la sospecha de que producen dificultades. Rotor. El rotor está instalado en la parte superior del eje del distribuidor. Está hecho de plástico aislante (por lo general de bakelita), tiene una lengüeta interna y sólo se puede instalar en una posición; además, un contacto con muelle que recibe la corriente de alto voltaje desde el contacto en la torre y un conductor integral de cobre que lleva la corriente hasta la punta o mecha del rotor. Cuando el rotor gira con el eje del distribuidor, la punta toca con los contactos en las terminales de la tapa y se conduce la corriente a las bujías con cables. Aveces, puede llegar a romperse el rotor y salirse del eje y no habrá conducción de corriente. O también, se le puede quemar la punta o corroerse y producir contacto deficiente y errático. Si la quemadura no es muy grande, se puede limpiar la punta del rotor con una lima o con una lija fina, pero es preferible instalar uno nuevo. La abertura muy pequeña entre los platinos no influye en el circuito secundario. Tapa del distribuidor. La tapa tiene una terminal o torre central en la cual se conecta el cable de alto voltaje que viene de la bobina y terminales para los cables de las bujías. Cada cable de bujía se debe asentar a fondo en la terminal de la tapa. Las puntas de los cables tienen un casquillo metálico para hacer mejor contacto con las terminales en la tapa. Los cables tienen además un ca-

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Figura 4-43. Gobernador de velocidad en el distribuidor. (Cortesía de Delco-Remy Div., General Motors.)

puchón de caucho en el lado que se conecta en la tapa —y en la bujía— que impide el paso del agua y sujeta el cable con más firmeza en la terminal. En la tapa del distribuidor se pueden producir grietas diminutas que se llenan con materiales conductores (partículas de cobre de los contactos en la tapa o con carbón) que formarán una trayectoria entre los contactos para los cables, con lo cual la corriente para las bujías saltará en más de una y habrá mal funcionamiento del motor. Sin embargo, el principal problema serán la humedad y el agua. Distribuidor mojado. El interior de la tapa del distribuidor o del magneto es muy sensible a la humedad, que puede conducir la corriente de alto voltaje a lo largo de la tapa y entre los contactos, con lo cual habrá

chispa cruzada que producirá fallas y dificultades al arranque. A veces, el agua llega al distribuidor por la lluvia o las salpicaduras, pero la condensación es mucho más común. Debido a que la bakelita es mala conductora del calor, no se forma condensación en ella con tanta rapidez como en un tanque metálico para combustible. Sin embargo, hay dos condiciones que la producen. Una es el enfriamiento repentino de la tapa por salpicaduras de agua del camino. La otra es la obstrucción de un conducto para aire que llegue al distribuidor, lo cual hace muchas veces que se acumule la humedad del aire atrapado y que se condense. Para secar un distribuidor con rapidez se quita la tapa y se rocía el interior con el líquido de un extinguidor químico contra incendio. Se intro-

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Figura 4-44. Marcas de tiempo (sincronización). (Cortesía de Waukesha Engine Div., Dresser Industries.)

ducirá debajo de las gotitas de agua y las hará flotar a la superficie de la tapa y saldrán al vaciar el líquido. La tapa se puede instalar de inmediato y el motor debe arrancar salvo que tenga alguna otra deficiencia. También se puede utilizar gasolina con la misma forma pero no es muy recomendable. Hay que secarla con trapos antes de instalar la tapa para evitar el riesgo de un explosión. Tiempo (sincronización). El salto de la chispa se debe sincronizar para que ocurra en cada cilindro cuando el pistón llega al punto muerto superior o un poco antes. El combustible que entra a la cámara de combustión no se inflama de inmediato, y para tener más eficiencia hay que inflamarlo antes de que el pistón llegue al punto muerto superior. Una regla empírica es que la chispa debe saltar en el punto muerto superior con el motor en marcha mínima; a 8o antes del PMS a 1000 rpm y a 26° antes del PMS a 2000 rpm; este adelanto de la chispa no es igual en todos los motores.

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El eje del distribuidor se impulsa desde un engrane cortado en el árbol de levas; éste se impulsa desde el cigüeñal con engranes o con una cadena. Esto significa que la posición del eje —leva y rotor del distribuidor— tiene siempre una relación exacta con la posición del cigüeñal y los pistones. El distribuidor está montado en el bloque de modo de poder girarlo en su soporte. Si se lo gira en el sentido de rotación, la chispa saltará más tarde, o sea, estará atrasada. Si se lo gira en sentido opuesto, la chispa saltará antes, esto es, estará adelantada. Para este ajuste, se conecta la lámpara de tiempo, se afloja la abrazadera, se gira el distribuidor con la mano y se aprieta la abrazadera. Cuando se acelera el motor, hay que adelantar la chispa porque el movimiento del pistón deja menos tiempo para que se queme la mezcla; cuando se decelera el motor, hay que arrastrarla. Estos cambios se efectúan en forma automática con el mecanismo de avance centrífugo que está en la base del distribuidor. Cuando se abre el acelerador con el motor a una velocidad moderada, se aumenta la cantidad de mezcla de aire y combustible que entra a los cilindros y se requiere mayor compresión. Esta compresión más elevada hace que el combustible se queme con más rapidez y hay que atrasar la chispa. La apertura del acelerador también reduce el vacío en el múltiple de admisión; el atraso de la chispa y el retorno a la posición normal se efectúan en forma automática con una unidad de vacío montada en

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el distribuidor y conectada por una manguera con el múltiple. Cuando funcionan el avance centrífugo y la unidad de vacío se puede ver que se mueve el distribuidor. Si la chispa está demasiado adelantada, ocurrirá un ligero "cascabeleo" en el motor —que no se debe confundir con las detonaciones— cuando éste se acelera o transporta cargas pesadas, y a baja velocidad el motor funciona con brusquedad. Si hay depósitos de carbón en el motor el cascabeleo será más intenso. Si la chispa está demasiado atrasada, la aceleración será deficiente, aumentará el consumo de combustible y los gases del escape estarán excesivamente calientes. Para hacer el ajuste del tiempo para que salte la chispa, se emplea la lámpara de tiempo que se conecta en la bujía del cilindro 1 y en el acumulador, o en otra forma según las instrucciones del fabricante y el tipo de sistema de encendido y se apunta a las marcas en la polea del cigüeñal y al puntero en la tapa de la caja de engranes. Cables y alambres. Los alambres del circuito primario son delgados y no suelen ocasionar problemas mientras las conexiones estén apretadas. Los cables del circuito secundario, de alto voltaje, van desde la bobina hasta el centro de la tapa del distribuidor y desde las terminales en la tapa hasta las bujías y tienen un aislamiento grueso. El aislamiento, a veces, se agrieta en cables que tengan un año o más de servicio por lo cual la corriente se saltará y producirá

una chispa entre los soportes de los cables, en especial si el agua penetra en las grietas. Un cable mojado en su interior también dejará el salto de la corriente en su superficie desde las terminales o por los agujeros o grietas en el aislamiento. Muchos componentes del sistema de encendido están impermeabilizados, pero aun así se deben cambiar los alambres y cables muy viejos. Los alambres y bujías mojados se pueden secar con líquido de extinguidor o con aire comprimido y trapos. Algunos cables de alto voltaje tendrán uno o más conductores trenzados, de alambre de cobre cubiertos por el aislamiento. También se emplean conductores de hilo de lino impregnado con carbón para supresión de interferencia que se puede dañar con el manejo brusco. Para desconectar los cables en las bujías, siempre hay que girar el capuchón un poco para aflojarlo y jalar de él. Nunca jale el cable porque se dañará el material conductor. El peor problema que le puede ocurrir con los cables de alto voltaje es que se revuelvan al desconectarlos en la tapa del distribuidor o en las bujías. Márquelos en forma conveniente antes de desconectarlos. Si los cables no se conectan en su lugar correcto, pueden ocurrir problemas que pueden ser fallas o pérdida de potencia, contraexplosiones o imposibilidad de arrancar el motor. Los cables se conectan en la tapa en el sentido de rotación del rotor. A veces, en algunos motores el orden de encendido está en una calcomanía en el múltiple o en la cabeza. Siga cada

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cable desde la bujía del cilindro 1 para ver si están en orden. Si lo están, el motor puede estar, de todos modos, fuera de tiempo y hay que comprobarlo con la lámpara de tiempo. Si desmontó el distribuidor, el eje puede estar media vuelta fuera de su lugar original. Quizá también el engrane en la parte inferior del eje no esté bien acoplado con el engrane en el árbol de levas u otro engrane de impulsión en ciertos motores. Es muy importante que todos los cables estén bien asentados en las terminales de la tapa y de las bujías, pues si quedan un poco flojos habrá un espacio de aire (entrehierro) que se combinará con la corrosión y quizá la chispa no saltará.

ENCENDIDO DE ESTADO SÓLIDO En los sistemas de encendido con acumulador se ha modificado mucho la construcción para aprovechar los adelantos en la electrónica de estado sólido. Este sistema se emplea ya en muchos automóviles y en algunos motores industriales y cada vez se utilizará más. La siguiente descripción está basada en el sistema de encendido de alta energía (HEI) de Delco-Remy. Otros sistemas tienen diferencias considerables en los componentes según su aplicación, pero los principios básicos son similares. Los sistemas de estado sólido (electrónicos) tienen un distribuidor más grande; el voltaje en el secundario puede ser de 35 000 volts o más; se emplea una bobina más pequeña

Figura 4-45. Conductores de hilo trenzado o de alambre de cobre para cables de bujías.

colocada dentro de una cubierta en la tapa del distribuidor y no tienen platinos ni condensador convencionales. La corriente primaria que viene del interruptor de encendido pasa por circuitos electrónicos complejos, que incluyen una bobina y un módulo de control electrónico. En vez de los platinos se utiliza un interruptor electrónico rotatorio, un imán permanente, una pieza polar con dientes internos y una bobina captadora. Cuando los dos grupos de dientes apenas pasan por su punto de contacto, se induce voltaje en la bobina captadora. Con ello, el módulo abre el circuito primario y corta el paso de corriente para que se induzca el alto voltaje secundario para el salto de chispa en las bujías, o sea, lo mismo

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tar desconectarlo cuando se tiene que hacer girar el cigüeñal durante algunas pruebas, sin que salte chispa en las bujías. El avance y atraso del encendido se controlan con un mecanismo de avance centrífugo y una unidad de vacío, en forma similar a la descrita.

Figura 4-46A. Distribuidor de estado sólido (HEI). (Cortesía de Delco-Remy Div., General Motors.)

que ocurre cuando se abren los platinos. En el distribuidor que se ilustra, la bobina está colocada encima o dentro de la tapa del distribuidor y tiene una cubierta protectora, con lo cual no se necesitan alambres externos. La tapa se sujeta en el cuerpo con cuatro pestillos elásticos. El rotor funciona en la forma convencional, pero recibe la corriente de alto voltaje de la bobina con un conector interno en vez de cable externo. El distribuidor tiene una terminal para conectar un tacómetro para pruebas y ajustes; pero este último debe ser del tipo recomendado para este sistema. También hay una terminal de lengüeta para el alambre que viene del interruptor de encendido para facili-

Figura 4-46B. Componentes del distribuidor HEI. (Cortesía de Delco-Remy Div., General Motors.)

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Figura 4-46C. Distribuidor HEI con el eje desmontado. (Cortesía de Delco-Remy Div., General Motors.)

No se requiere lubricación periódica. El aceite del motor lubrica el buje inferior y hay un depósito de aceite para el superior.

que no pueden llevar un acumulador y en los cuales el arranque es a mano, como sierras de cadena, generadores y bombas portátiles y muchos tipos de equipo auxiliar ligero.

MAGNETO En ciertos equipos que no son lo bastante grandes para colocar un acumulador, se utiliza un magneto para producir las chispas en los cilindros. El magneto sirve para generar y distribuir la corriente. Tiene un generador especial para producir la corriente primaria, una bobina, platinos, rotor y contactos para la o las bujías. El magneto, casi siempre, se utiliza en motores pequeños de uno o dos cilindros, en aparatos muy pequeños

Figura 4-46D. Diagrama básico del sistema HEI. (Cortesía de Delco-Remy Dio., General Motors.)

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El ajuste de los platinos puede ser similar al del distribuidor convencional. El servicio a los magnetos y a los motores pequeños no recae dentro del servicio al equipo pesado.

BUJÍAS La bujía tiene un electrodo central con una terminal en la cual se conecta el cable de alto voltaje que viene del distribuidor y un electrodo lateral que hace tierra en la cabeza de cilindros por medio del cuerpo roscado y asiento de la bujía. El electrodo central está separado del cuerpo con un aislador de material cerámico (porcelana) que se extiende un poco debajo de la terminal casi hasta la punta. En la parte inferior los dos electrodos están separados por una abertura o entrehierro entre los cuales salta la chispa. Las bujías se especifican de acuerdo con el diámetro de la rosca, la longitud o alcance de la rosca, la gama de calor y por ciertas características especiales. Las bujías, por lo general, tienen rosca de 14 mm, pero también pueden ser de 10,12, o 18 mm, y hay algunas poco comunes con rosca de % in. Gama de calor. La bujía está expuesta a las temperaturas tan elevadas por la combustión de la mezcla aire-combustible comprimida. Se enfría por conducción a través del asiento, la junta y el cuerpo hacia la cabeza de cilindros que, a su vez, tiene enfriamiento por líquido o por aire.

Figura 4-47A. Corte seccional de una bujía. (Cortesía de Champion Spark Plug Co.)

Si una bujía trabaja demasiado caliente, los electrodos se quemarán muy pronto y se pueden formar ampollas en el aislador. Si trabaja muy fría, se ensuciará con los depósitos de aceite y carbón, que producirán cortocircuitos. La bujía caliente se suele utilizar en motores de trabajo liviano, baja velocidad o baja compresión. Tienen una longitud máxima del electrodo central y la punta del aislador dentro de la cámara de combustión. La bujía fría, que se suele utilizar en motores de trabajo pesado o de alta velocidad, tiene aislador más

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contra ellos con los graves daños consecuentes. Las bujías de punta alargada y de abertura ancha pueden penetrar mucho más en el cilindro que la dimensión marcada para su alcance. La mejor forma de evitar problemas por el alcance es utilizar siempre la bujía especificada por el fabricante del motor.

Figura 4-47B. Bujías calientes y frías.

corto, penetra menos en la cámara de combustión y tiene una trayectoria mas corta para la disipación del calor. Para tener mejores resultados, siempre se deben utilizar bujías de la gama de calor recomendada por el fabricante del motor. Si una con gama o número diferente produce mejor funcionamiento, es señal de que el motor necesita reparaciones, ya sea porque ya pase aceite, tenga mala distribución del combustible o los componentes del sistema de encendido sean de baja calidad. Alcance. El alcance es la distancia desde el asiento cónico (la parte superior de la bujía) hasta el extremo de las roscas de la bujía. Si es el correcto, los electrodos quedan en la posición más eficiente para inflamar la carga de mezcla en el cilindro. Si el alcance es muy corto, se ensuciarán los electrodos. Si es muy largo, estará en una posición inadecuada y, en casos extremos, el pistón chocaría

Abertura. En casi todas las bujías de tipo convencional, la abertura entre electrodos debe ser de 0.025 a 0.035 in, pero hay que consultar el manual de taller para la abertura exacta. Con la misma relación de compresión, la abertura de 0.035 in, requiere casi el doble de voltaje que la de 0.025 in para que salte la chispa. Siempre debe saltar una chispa intensa entre los electrodos en cualquier tipo de bujía o de motor.

Figura 4-47C. Tamaño de rosca y alcance de la bujía. (Cortesía de AC Spark Plug Div., General Motors.)

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delgada que, a veces, se instala en rosca. Los fabricantes recomiendan poner junta nueva siempre que se saquen las bujías. En las bujías con asiento cónico no se emplean juntas.

Figura 4-47D. Bujías con abertura normal y ancha. (Cortesía de AC Spark Plug Division.)

La abertura excesiva puede producir alta resistencia en el circuito y ocasionar fallas, en especial con cargas pesadas. La abertura muy pequeña no permitirá que la chispa dure lo suficiente para inflamar la mezcla de aire-combustible. En las bujías de abertura ancha, empleadas en sistemas de encendido de estado sólido (electrónico), que son de voltaje mucho más alto, debe ser de 0.060 a 0.080 in; consulte el manual de taller. Resistores. Las bujías para motores de automóviles y camionetas ligeras tienen un resistor para supresión de interferencia de radios y TV colocado en el electrodo central y sellado en el aislador. Este accesorio para bujías no se suele utilizar en motores industriales, pero no hay ningún problema en emplearlo. Juntas. En las bujías con asiento plano se utiliza una junta angular

Pruebas. Por lo general, para probar las bujías se ponen en corto (rara vez se desconectan) con el motor en marcha y se observa el efecto en la suavidad y velocidad del motor. Si la terminal (la parte superior) está descubierta, ponga un desarmador de modo que la toque y coloque la punta cerca de la cabeza de cilindros. Si la chispa no salta cuando se acerca la punta del desarmador a VA de la cabeza, la dificultad está en otra parte del sistema de encendido. Si salta la chispa y se reduce la velocidad del motor, la bujía está buena. Si al ponerla en corto no se altera la velocidad, entonces el problema está en ese cilindro. Si se pone en corto una bujía nueva y se reducen las rpm del motor, la bujía vieja estaba deficiente. Si no es así, quizá el problema esté en las válvulas. A veces, en algunas bujías se emplea un forro de material aislante blando como impermeabilizante. Para poner en corto esas bujías, se introduce una aguja o alfiler con una pinza por el lado del forro hasta la terminal y el desarmador se pone contra el alfiler. Si queda un agujero cuando saque la aguja, tápelo con cemento para caucho. Los fabricantes de bujías no aprueban este procedimiento y quizá esté prohibido en algunos talleres.

Motores

Sufijo

Prefijo B C CS G H M LM R S S V W

— Abertura en serie — Comercial — Sierras de cadena — Motores de gas — Gran altitud o a prueba de intemperie — Marinas — Segadoras de césped — Resistor 5 — Blindada (rosca /8 - 24) — Para vehículos deportivos — Abertura de superficie — Impermeable

Claves de números Primer Tamaño número de rosca 2 ½ in 4 14 mm 6 ¾ in 7 7 /8 in 8 18 mm 10 10 mm 12 12mm

Último número 2 4 6 8

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Gama de calor Fría Fría mediana Caliente mediana Caliente

E F FF G I K L LTS M XL N R P S S T TS W X Y

— Blindada para vehículos militares (no para aviación) — Alcance de ½ in con guía (ciertos motores) — Alcance ½ in, rosca completa de 14 mm — Abertura de alfiler — Electrodo de iridio — Marina, alto rendimiento — Alcance largo — Alcance largo, asiento cónico, punta alargada — Electrodo central especial — Alcance extralargo — Alcance extralargo — Tipo resistor — Electrodos de platino — Punta alargada 7 — /8 in, alcance largo moderado — Asiento cónico — Asiento cónico con punta alargada — Terminal con rebajo — Abertura especial — Electrodo de tres patas

Figura 4-47E. Claves de números de las bujías AC. (Cortesía de AC Spark Plug Division.)

Si la bujía no tiene forro y está mojada o sucia, la corriente puede pasar a lo largo del exterior del aislador, en lo que se llama salto o brinco de corriente. Por lo común se escucha un chasquido agudo y el salto es visible excepto a pleno Sol. La bujía puede producir la chispa deseada al probarla desmontada, pero no en el cilindro. Puede producir la chispa en el cilindro con el motor en marcha mínima, pero no cuando está acelerado o bajo carga. El aire comprimido y la mezcla de aire y combustible ofrecen más resistencia al salto de chispa que el aire libre.

Las bujías se pueden probar con la máquina limpiadora y probadora; asegúrese de entender las indicaciones, pues a veces el resultado es "pesimista". Recuerde que una bujía ca-

Figura 4-48Á. Formas de los aisladores. (Cortesía de Champion Sparkg Plug Co.)

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

liente produce mejor chispa que una fría, y que la chispa salta antes de que haya la máxima compresión' en el cilindro. Servicio. Las bujías, por lo general, penetran a bastante profundidad en la cámara de combustión. Sólo se puede girarlas sin peligro de daño con un dado o llave para bujías especial, largo, de pared delgada. La cerámica de los aisladores es muy fuerte para soportar las presiones de combustión, pero es quebradiza. Se puede agrietar si se deja caer la bujía, se la golpea con una llave o si trata de doblar el electrodo central para ajustar la abertura. Los dados que no ajustan bien son el peor enemigo de las bujías, pues pueden resbalar y golpear el aislador. Cualquier daño en el aislador, por pequeño que sea, requiere cambiar la bujía. Aunque haya una grieta diminuta, se puede llenar con carbón y producir un corto. Las bujías tienen corta duración relativa y su precio es bajo; los fabricantes de motores reco-

Chispa normal

Salto de corriente

Figura 4-48B. Juntas y sellos. (Cortesía deAC Sparkg Plug Div., General Motors.)

miendan instalar bujías nuevas en cada afinación. Para aprovechar bujías usadas que todavía están buenas, se pueden rascar los depósitos de carbón con una herramienta afilada, con cuidado de no dañar el aislador. Para pulir los electrodos en donde salta la chispa, se puede emplear una lima, pero es me-

Aislador agrietado

Figura 4-48C. Trayectorias de la corriente en las bujías.

Bujía sucia

Motores

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nes fluyen del negativo al positivo y la alta temperatura de funcionamiento del electrodo central permite que se produzca la chispa con un voltaje más bajo. Muchas máquinas (y todos los automóviles y otros vehículos para carretera) tienen sistema eléctrico con el negativo del acumulador a tierra. Los cables que salen de la bobina se deben conectar como se ilustra en la figura 4-48E, con el alambre negativo en el distribuidor, para evitar polaridad inversa en las bujías. Figura 4-48D. Calibradores de hoja y de alambre redondo. (Cortesía de AC Spark Plug Div., General Motors.)

jor emplear una lima para electrodos para hacer un buen trabajo. Para poder limar los electrodos quizá tenga que aumentar la abertura y, después, ajústela a especificaciones con un calibrador de alambre redondo. Para ajustar, siempre se dobla el electrodo lateral, nunca el central. El aislador y los electrodos se pueden limpiar a bajo costo con un limpiador de bujías en que se emplea un abrasivo especial de grano muy fino. Después, se liman los electrodos para tener bordes limpios y agudos, pues si se redondean se necesitará más voltaje para que salte la chispa. Después de limpiar y limar, ajuste la abertura (calibre) de la bujía. Polaridad de la bobina. La polaridad, es decir el sentido de flujo de la corriente, debe ser negativa en la terminal de la bujía con lo cual se necesita menos voltaje. Los electro-

Chispa cruzada. A veces las bujías provocan fugas o inducción de corriente entre sus cables. Esto puede ocurrir cuando los cables están muy juntos y paralelos entre sí. Produce funcionamiento brusco y, a veces, puede causar daños al motor por preignición, detonaciones o depósitos de carbón.

Figura 48-E. Polaridad en el circuito de encendido. (Cortesía de Champion Spark PhigCo.)

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

El ensuciamiento puede indicar problemas con el carburador, paso de aceite o la junta reventada entre dos cilindros. El sobrecalentamiento puede ser señal de obstrucciones en algún punto de las camisas de agua, filtración por el múltiple de admisión o chispa cruzada. También pueden dar indicaciones de algunas otras fallas; las anteriores son las más comunes.

Figura 4-48F. Bujía y válvula en un cilindro. (Cortesía de Champion Spark PlugCo.)

El aislamiento deficiente, por supuesto, puede producir o empeorar la chispa cruzada. Pero, por lo general, se debe al campo magnético que rodea cualquier conductor para alto voltaje. Este conductor en cualquier momento puede inducir corriente en un cable contiguo. Este problema es más probable entre cilindros contiguos en el bloque. Hay que tener bien separados los cables. Los motores modernos tienen soportes para cables de bujías para mantenerlos separados. Las bujías como indicadores. Las bujías siempre se deben dejar en el mismo orden en que se sacaron del motor. Pueden brindar información importante de las condiciones internas. En general, el aislador está negro si está sucio, o rojizo si se sobrecalentó.

Instalación. La instalación de una bujía nueva o limpia y calibrada es sencilla pero se debe hacer en la forma correcta. Utilice sólo el dado o llave especial para bujías que ajuste bien. En las bujías con asiento plano, se debe instalar junta. En las bujías con asiento cónico no se emplea junta. La junta intervienen en el sellamiento —que debe ser lo más eficiente que sea posible— entre la bujía y el asiento. También intervienen la profundidad a la cual sobresale la bujía en el cilindro. Esta profundidad es crítica para el rendimiento. En la figura 4-48H se presentan las torsiones recomendadas para las bujías, con y sin llave de torsión. Una bujía floja trabajará muy caliente por un contacto deficiente para paso de calor. Si está muy apretada, puede aplastar la junta y producir fugas y/o será muy difícil quitarla. Las torsiones recomendadas en pies—libras (ft • Ib) se basan en roscas limpias y sin lubricante. Si no tiene llave de torsión, apriete las bujías con otra llave y, luego déle el número adicional de vueltas que aparece en la última columna.

Motores

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Figura 4-48G. Limpieza y calibración de bujías. (Cortesía de Champion Spark Pulg Co.)

MOTORES DIESEL En el motor diesel sólo se admite aire en la carrera de admisión. Se lo comprime a tal grado que tiene una alta temperatura y la atomización del combustible inyectado cerca de la parte más alta (PMS) de la carrera del pistón, se inflama sólo por el contacto con el aire caliente. La velocidad y la potencia del motor se controlan con la cantidad de combustible inyectado. Los motores diesel no tienen carburador ni sistema de encendido, pero se necesita un método para dosificar el combustible a la cantidad correcta e inyectarlo en el momen-

to preciso. Como el combustible diesel no es volátil, es necesario tener la seguridad de que se mezclará por completo con el aire para que haya combustión limpia y completa en el breve tiempo disponible. Un motor diesel es de construcción más fuerte y precisa que uno de gasolina debido a los esfuerzos aplicados por las relaciones de compresión y temperaturas más altas. Por ello, un motor de este tipo quizá cueste el doble que uno de gasolina en los tamaños pequeños, pero esa diferencia se reduce en los modelos más grandes y potentes. Para los motores diesel se debe utilizar exclusivamente el aceite lu-

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Torsiones especificadas para apretar al instalar Con llave de torsión Medida de rosca de bujía

Sin llave de torsión Apretar a mano y darles

Cabezas de hierro fundido

Cabezas de aluminio

10 mm

8-12 ft-lb

8-12 ft-lb

12 mm

10-18 ft-lb

10-18 ft-lb

14 mm, asiento cónico

7-15 ft-lb

7-15 ft-lb

-

14 mm, asiento con junta

25-30 ft-lb

18-22 ft-lb

½ a ¾ de vuelta adicional

3

/8 a ¼ vuelta adicional ¼ de vuelta adicional

18 mm, asiento cónico

15-20 ft-lb

15-20 ft-lb

-

18 mm, asiento con junta

32-38 ft-lb

28-34 ft-lb

½ a /4 de vuelta adicional

35-43 fl-lb

31-39 ft-lb

½ a ¾ de vuelta adicional

7

/8-18

3

Figura 4-48H. Recomendaciones para apretar las bujías. (Cortesía de Champion Spark Phig Co.)

bricante que contiene detergentes y otros aditivos para impedir la formación de lodos y barnices. Este aceite también se puede emplear en los motores de gasolina (véase capítulo 2). El motor diesel es más económico que el de gasolina por diversas razones. Una, quizá la más importante hasta ahora, es que el combustible es más barato. Otra es que su compresión mucho más alta lo hace más eficiente. El combustible tiene un mayor valor térmico y una mayor proporción de la energía de él se convierte en potencia en el cigüeñal. Esto significa menor consumo y menos combustible que almacenar y manejar. El riesgo de incendio se reduce mucho. Los motores diesel utilizados en las excavadoras pueden tener una potencia entre 60 y 1600 hp y están disponibles en los tipos de cuatro y de dos tiempos. Cuatro tiempos. En el motor diesel de cuatro tiempos (Fig. 4-50A)

durante la carrera descendente (admisión) del pistón con la válvula de admisión abierta se llena el cilindro de aire. Durante la carrera de com-

Figura 4-49. Vista en corte de un motor diesel. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

Motores

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la producción de la potencia es diferente. El aire que se succiona al cilindro es sólo aire y su flujo no se regula con ninguna válvula (excepto la válvula de paro para detener el motor). La compresión es muy alta, la mínima suele ser de alrededor de 16:1 y la más alta en la actualidad puede ser alrededor de 20:1. Se inyecta un combustible no volátil en la cámara de combustión cuando el pistón está

Figura 4-50A. Ciclo de cuatro tiempos, motor diesel. (Cortesía de Detroit Diesel Allison Div., General Motors.)

presión, con la válvula cerrada se comprime el aire y la inyección y la combustión ocurren cerca del PMS; la combustión empuja al pistón hacia abajo en la carrera de potencia y en la carrera de escape se expulsan los gases quemados por la válvula de escape que está abierta (Fig. 4—50A). Aunque la acción de los pistones y válvulas es la misma que en los motores de gasolina de cuatro tiempos,

Figura 4-50B. Ciclo de dos tiempos, motor diesel.(Cortesía de Detroit Diesel Allison Div., General Motors.)

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

en el PMS o cerca de él en la carrera de compresión y se inflama con el calor de la compresión. Las presiones y temperaturas en los cilindros son mucho más altas que en los motores de gasolina. Dos tiempos. El motor diesel de dos tiempos (Fig. 4-50B) tiene una carrera de potencia por cada dos carreras del pistón, es decir, cada carrera descendente produce potencia. Un soplador en el conducto de admisión o caja de aire (Fig. 4-51) hace entrar aire a baja presión a una cámara en el bloque que abre al cilindro por una serie de lumbreras en él que quedan cubiertas por el pistón, excepto cuando se aproxima al punto muerto inferior (PMI) o parte inferior de la carrera. La carrera de potencia empieza con la inyección de combustible en el aire comprimido caliente cuando el pistón está en el PMS o cerca de él; se inflama y se expande y empuja el pistón hacia abajo. Cuando el pistón llega al PMI se abre la válvula de escape del tipo de disco y los gases quemados empiezan a escapar. El movimiento descendente adicional del pistón descubre las lumbreras de admisión, y la entrada de aire limpio

Figura 4-51. Vista en corte de un motor diesel de dos tiempos. (Cortesía de Detroit Diesel Allison Div., General Motors.)

a presión "barre" los gases quemados. La válvula de escape se cierra, el pistón vuelve a subir para comprimir la nueva carga de aire y se inyecta combustible en el momento preciso para iniciar la siguiente carrera de potencia. Debido a que cada carrera descendente, en vez de que sea alternada, es de potencia, el motor puede tener dos cilindros y no funcionará con brusquedad excesiva. En algunos motores de dos tiempos se utiliza una válvula de admisión; en otros hay barrido continuo

Figura 4-52. Circulación del combustible diesel. (Cortesía de Allis-Chalmers Mfg. Co.)

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como en los motores de gasolina de dos tiempos y no tienen válvulas de escape. Cámara de precombustión. Es una cámara pequeña conectada con un conducto que se abre hacia la cámara principal de combustión. Se inyecta el combustible en aquélla y se inflama con el calor de la compresión, pero no hay suficiente aire para que se queme por completo. La mezcla inflamada se expande y pasa a gran velocidad a la cámara principal, en donde se mezcla con más aire para tener combustión completa. Con este sistema se puede utilizar un sistema de inyección a presión más baja, se logra mayor eficiencia con combustibles normales en un amplio intervalo de condiciones de carga y velocidad y las rpm de marcha mínima pueden ser menores. La mezcla rápida y completa del aire es muy importante; hay una serie de configuraciones de cámaras de precombustión y de cabezas de pistones.

COMBUSTIBLE La calidad de la combustión de los combustibles diesel se determina por su número cetano, que puede ser entre 35 y 60. Cuanto más alto es el número, más fácil será el arranque. En Estados Unidos, en muchos motores diesel para maquinaria de construcción se emplea el diesel No. 2, que es un poco más grueso que el

Figura 4-53. Sistema de inyección diesel. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

queroseno, se evapora con más lentitud y tiene escaso poder lubricante. A veces, en algunos motores se puede emplear el diesel No. 2 y el petróleo No. 2 para calefacción. El diesel tiene número cetano 45 y 47, en contraposición de 37 a 40 del petróleo. En algunos motores muy grandes, se utilizan sistemas de combustible con calentador para poder emplear combustibles mucho más espesos, incluso el combustóleo o también diesel No. 1. En muchos motores no se puede emplear queroseno porque el com-

* En algunos países se utiliza un destilado de petróleo llamado gasoil en los motores diesel adaptados para usarlo. En muchos otros hay un solo tipo de combustible diesel. (N. del T.)

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Figura 4-54. Bomba de inyección y distribuidor. (Cortesía de International Harvester Co.)

bustible debe tener propiedades lubricantes de las piezas movibles del sistema de combustible. Además, puede ocasionar problemas de preignición. Cualquiera que sea el grado del combustible, el requisito más importante es la limpieza. Hay combustibles que tienen un alto contenido de azufre, el cual forma compuestos corrosivos que dañarán las bombas e inyectores. Cualquier combustible puede contener más o menos cuerpos extraños que se deben filtrar siempre, pues los ajustes tan precisos en un sistema de combustible diesel se alterarán con estos cuerpos. Por ello, se acostumbra tener filtros primario y secundario y, a veces, otro da malla en cada inyector.

El combustible de baja calidad suele aumentar el tiempo perdido y los costos de mantenimiento. Dificultades. Los sistemas de combustible diesel están sujetos a los mismos problemas de mugre y agua que los de gasolina ya descritos. Además, son muy susceptibles si hay aire en el sistema. El aire o bolsas de aire en el sistema diesel suelen ocurrir cuando se afloja o desconecta una conexión para servicio y no se expulsa o purga el aire de acuerdo con las instrucciones del fabricante. También puede entrar por una filtración en un tubo de succión entre el tanque y la bomba de inyección. Parece sorprendente, pero aunque el combustible se alimente por gravedad o con una bomba eleva-

Motores

dora de baja presión, la bomba de inyección puede succionar aire si hay una filtración en un sitio cercano a ella. La bomba de baja presión puede succionar el aire y enviarlo al resto del sistema. Casi todos los problemas de aire en el combustible ocurren en máquinas que tienen bombas de inyección de alta presión. Pero, cuando se agota el combustible ocurrirán problemas pues se succionará aire en todos los tubos. Hay que advertir a los operadores que paren el motor de inmediato si empieza a fallar cuando está a punto de agotarse el combustible. Unos cuantos segundos de funcionamiento pueden representar muchas horas de trabajo de reparación. Hay que seguir con cuidado las instrucciones del fabricante para purgar el aire del sistema. Si no cuenta con ellas, a continuación se describe un procedimiento general, después de llenar el tanque de combustible. El aire se puede acumular en el lado de succión de una bomba alimentada por gravedad. Puede haber un tornillo o un grifo de purga que se puede abrir para expulsarlo o quizá haya que aflojar la conexión de la manguera de entrada. El motor debe estar parado para que no entre más aire por la abertura. Deje escurrir el combustible hasta que salga un chorro continuo sin burbujas de aire. Cuando hayan desaparecido las burbujas durante 5 o 10 segundos, apriete el tornillo o grifo. Si es un sistema con bomba de baja presión agregue más combustible en un punto alto.

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Figura 4-55. Distribución del combustible. (Cortesía de International Harvester Co.)

Luego, purgue los tubos para los inyectores en la misma forma pero con el motor en marcha. Primero, afloje la conexión en la bomba hasta que salga un chorro continuo de combustible; después, las conexiones en los inyectores lo más cerca que sea posible.

INYECCIÓN Para hacer llegar el combustible a cada cilindro en la cantidad correcta y en el momento preciso, hay que efectuar cuatro funciones separadas. Hay que dosificar (medir) el combustible, enviarlo al cilindro correspondiente, sincronizarlo para que llegue en el momento preciso y aplicarle suficiente presión para que penetre en forma de atomización fina. Por supuesto, hay una gran variedad de métodos según sea la marcha del motor. Bomba del distribuidor. En algunos motores se combinan esas cuatro funciones en una bomba de alta presión.

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

hasta la cámara de precombustión. El émbolo tiene una ranura en espiral, que se abre al combustible a alta presión que está encima y, en determinado momento en su carrera, se abrirá hacia el orificio de entrada de baja presión, con lo cual se descargará la presión y cesará la inyección. Para regular el punto en la carrera ascendente del émbolo en donde la ranura hará contacto con el orificio, se hace girar el émbolo por medio de la cremallera, controlada por el gobernador y el acelerador. El movimiento de la cremallera hace girar a todos los émbolos la misma distancia,

Figura 4-56. Sistema con inyector unitario. (Cortesía de Detroit Diesel Allison Div., General Motors.)

En el Caterpillar (Fig. 4-53) se utiliza una bomba de transferencia de baja presión (15 psi) del tipo de engranes para mover el combustible succionado del tubo que viene del tanque por un par de filtros y hasta las bombas de inyección de alta presión; hay una bomba en cada cilindro. Están colocadas en la línea en una sola cubierta. La bomba tiene un árbol de levas que empuja los émbolos de las bombas y retornan mediante resortes. La longitud de la carrera es la misma en todo momento. Cuando se eleva el émbolo, primero cierra un orificio de entrada e impulsa el combustible por encima para que pase por una válvula de retención, por un tramo de tubo de alta presión, una válvula de inyección y

Figura 4-57. Corte seccional de inyector unitario. (Cortesía de Detroit Allison Div., General Motors.)

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Figura 4-58. Vista en corte de bomba de combustible presión-tiempo (PT). (Cortesía de Cummins Engine Co.)

para inyectar la misma cantidad de combustible en cada cilindro. Los tubos que conectan la bomba y la válvula de inyección son de construcción fuerte y precisa para soportar las altas presiones y los choques. Todos los tubos son de la misma longitud, pero pueden tener dobleces para poder instalarlos según el espacio disponible. La válvula de inyección se mantiene contra su asiento con un resorte. El impulso de alta presión de la bomba levanta el émbolo y deja pasar el combustible y atomizarlo en la cá-

mara de precombustión por una sola abertura. Bomba y distribuidor. La bomba y el distribuidor pueden estar separados como en el Internacional de cuatro cilindros mostrado en las figs. 4-54 y 4-55. La bomba, de un solo émbolo, aplica alta presión al combustible a baja presión que viene de la bomba de transferencia y dosifica o mide la cantidad mediante una ranura en espiral y un mecanismo de cremallera controlado por el gobernador para hacer girar el émbolo.

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Los chorros de combustible a alta presión entran al conducto distribuidor. Mediante cuatro válvulas de disco, accionadas por levas, se envía al combustible por los tubos a los inyectores en el orden de encendido del motor. Uno de ellos estará abierto por cada descarga de la bomba de inyección y el combustible pasará por los tubos de alta presión que lo llevan al inyector, en donde levantará una válvula de su asiento y habrá atomización en la cámara de precombustión. Inyector unitario. En el sistema de inyector unitario, las cuatro funciones de aplicación de presión, sincronización, distribución y dosificación se controlan con el inyector. El motor diesel General Motors (Figs. 4-56 y 4-57) tiene una bomba de combustible de baja presión (45 psi) colocada entre los filtros primario y secundario que envía el combustible directamente a los inyectores en la cabeza de cilindros, a los cuales acciona el árbol de levas mediante varillas y balancines. El acelerador y la cremallera regulan la cantidad de combustible que descarga cada uno porque hacen girar el émbolo del inyector; el árbol de levas determina la distribución y sincronización y el émbolo del inyector produce la presión. Esta presión puede ser mucho más alta que la que pueden soportar los tubos externos y hace posible la inyección directa del combustible atomizado en la cámara de combustión. Sistema de presión-tiempo (PT). En el sistema Cummins PT se regula la cantidad de combustible descargada en el cilindro por la varia-

Figura 4-59. Ciclo de inyección de combustible. (Cortesía de Cummins Engine Co.) ción de la presión en el suministro para los inyectores. El flujo del combustible circula desde el tanque por una bomba de engranes, una válvula reguladora de presión, el eje hueco del acelerador, un émbolo gobernador, válvula de paro, tubos, inyectores y tubos de retorno al tanque. El combustible entra a las copas de los inyectores en la carrera ascendente del émbolo, a una distancia determinada por la presión. En la figura 4-58 se muestran los componentes de la bomba de combustible en vista seccional. El eje del acelerador regula el paso de combustible entre el regulador de presión y el gobernador. Con el motor en marcha mínima, corta el paso del combustible por el conducto principal y lo hace pasar por un agujero para marcha mínima hacia el orificio de marcha mínima en el gobernador. El gobernador controla la presión en marcha mínima y corta el combustible cuando se exceden las rpm gobernadas para limitar la velocidad del motor. Esta limitación se efectúa con un émbolo deslizable en un conducto para combustible y que no está co-

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nectado en forma alguna con el acelerador. La válvula de paro se emplea para detener el motor, y debe permanecer cerrada hasta que se vaya arrancar. Puede ser del tipo manual o eléctrica con un solenoide. Los inyectores (Figs. 4-59 y 4-60) no tienen ninguna conexión con el acelerador y miden el combustible de acuerdo con la presión, que responda la posición de acelerador.

ARRANQUE El arranque en los motores diesel se realiza con una marcha eléctrica, un motor de aire u otro sistema. Sin embargo, dependen del calor para la inflamación del combustible, así que el arranque en frío constituye un problema especial. Es imposible hacerlos girar con una manivela, salvo que tengan descompresor y, de todos modos, no resulta práctico. Eléctrico. Casi todos los motores diesel se arrancan con una marcha eléctrica alimentada por los acumuladores; los voltajes pueden ser de 12 a 32 volts o más. La marcha no se debe hacer funcionar durante más de 30 segundos y, luego, hay que esperar uno o dos minutos para que se enfríe. Desafortunadamente, el calor producido en el motor también se disipa durante ese tiempo. Por aire. Los motores diesel grandes se pueden arrancar con un motor de aire comprimido alimentado por el sistema de frenos de aire de la máquina. No hay necesidad de pa-

Figura 4-60. Vista en corte del inyector. (Cortesía de Cummins Engine Co.)

rarlo hasta que se agote el aire. Es importante que no haya fugas que puedan vaciar el sistema durante la noche. El motor de aire necesita un tanque grande (receptor de aire) y una conexión con la cual se pueda suministrar aire en caso de urgencia desde otra máquina o sistema. Empleo de éter. Casi todos los motores diesel necesitan una ayuda para el arranque si la temperatura es inferior a 40°F. La compresión deficiente dificulta mucho el arranque. El mejor método es aplicar un poco de éter en la admisión de aire. Se vaporiza con rapidez y arde con faci-

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lidad y se inflama con la compresión aunque el motor esté frío. El éter en combustión inflama el combustible inyectado para arrancar el motor. La forma más fácil de aplicar el éter es pulverizarlo desde una lata de aerosol hacia el filtro primario de aire o en el múltiple después de quitar una tapa, a la vez que se hace funcionar la marcha. Cuando arranca el motor, se deja de aplicar éter. El éter también se puede aplicar en la admisión si se perfora una cápsula o se vierte desde un bote. Estos métodos son más incómodos y peligrosos que la lata de aerosol. Algunos motores tienen una unidad inyectora de éter instalada de fábrica en la máquina. Se llena una bomba de mano en el tablero de instrumentos con éter desde un recipiente o se le coloca una cápsula que se perfora con la bomba. Al accionar la bomba se envía el éter por un tubo delgado hasta el múltiple de admisión. Este método no es tan seguro como aplicarlo con el aerosol o verterlo, ya que la bomba o el tubo pueden causar problemas. El éter es muy venenoso, inflamable y explosivo. Nunca se debe utilizar en un cuarto sin ventilación ni cerca del calor, llamas o chispas. Es muy posible que explote en el múltiple si se utiliza éter al mismo tiempo que en los tapones incandescentes. Tapones (bujías) incandescentes. Los que se ilustran en las figuras 4—61 y 4—62 son del tipo de resistencia y funcionan como el encendedor de cigarrillos del tablero de instru-

Figura 4-61. Tapones (bujías) incandescentes. (Cortesía de Deere & Company.)

mentos, pero su construcción es muy similar a la de una bujía. Un motor diesel puede tener un tapón incandescente en una cámara de turbulencia en cada cilindro o un solo tapón grande en el múltiple de admisión. Estos tapones se conectan unos segundos antes de usar la marcha. Si están en los cilindros, calientan el aire de admisión y las paredes de la cámara para facilitar el arranque con la compresión del aire. Si están en el múltiple, calientan todo el aire de admisión para el mismo fin. Nunca se debe utilizar al mismo tiempo éter en combinación con los tapones incandescentes, pues hay la posibilidad de que se produzca preignición en los cilindros o que ocurra una explosión en el múltiple que ocasionará daños muy serios. Calentadores para el motor. Un motor enfriado por agua, sea diesel

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Figura 4-62. Tipos de tapones (bujías) incandescentes. (Cortesía de Champion Spark PhigCo.)

o de gasolina, se puede calentar antes de arrancarlo o mantenerlo caliente cuando está parada la máquina, con un calentador del tipo de serpentín que se suele instalar en la parte más baja del sistema de enfriamiento, por lo general en el bloque. En algunos motores se instala en una perforación especial en la cabeza de cilindros. En estos calentadores se utiliza corriente alterna de 120 volts y, por ello, sólo se pueden emplear en donde haya tomas de corriente. Al usarlos será mucho más fácil el arranque, con menos esfuerzo en la marcha y el motor. Soplete. En casos extremos, se puede facilitar el arranque si se desmonta el filtro primario de aire y se apunta la llama del soplete al centro del tubo de admisión mientras se hace funcionar la marcha. La distancia

hasta los cilindros hace que se pierda gran parte de este calor, pero el resultado suele ser bueno. (Nota: Jamás use el soplete en un motor de gasolina pues además de ser peligroso, se pueden mojar las bujías por la condensación.) El elemento seco del filtro de aire se puede dañar con el calor. Motor auxiliar. Algunos motores diesel o los muy grandes se arrancan con un motor auxiliar de gasolina, montado junto al diesel e impulsado con un embrague y engranes. Se desacopla el embrague, se arranca el motor auxiliar y se lo deja funcionar hasta que caliente. El sistema de enfriamiento puede estar conectado con el motor auxiliar para calentar el diesel al mismo tiempo. Se acopla el embrague y los engranes para hacer girar el cigüeñal del diesel con el motor auxiliar. El acelerador del diesel tiene una posición

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

para arranque para que sólo admita aire y no se inyecte combustible. Esto permite suficiente calentamiento suave sin riesgo de que el motor diesel arranque, acelere y se dañe el motor auxiliar. Después del tiempo recomendado, se mueve el acelerador a la posición de funcionamiento y se desacopla el embrague tan pronto arranca el diesel. Con ello, el problema de arrancar el diesel es el arranque del motor auxiliar, que a veces puede ser difícil. Una precaución es cortar la gasolina en vez del encendido, para que no quede gasolina en el carburador y tubos en donde se pueda evaporar y dejar residuos de plomo, colorantes y otros cuerpos extraños. Con empuje. Muchos motores, a veces, arrancan con más facilidad si se rueda, empuja o remolca la máquina en vez de utilizar la marcha. Es aconsejable dejar las máquinas en una posición en donde se pueda mover para empujarla en vez de perder tiempo en hacer ajustes que se deben dejar para cuando la máquina esté parada. Si se deja deslizar la máquina, con todas las precauciones, en una bajada es un buen método para arranque; una máquina sobre orugas se puede subir en reversa a una pila alta de tierra y arrancarla al día siguiente con un recorrido de unos cuantos metros. El arranque con empuje o por remolque (que no recomiendan los fabricantes) sólo se puede hacer en máquinas con transmisión mecánica. Los convertidores patinan demasiado y las transmisiones automáticas o

de cambios bajo potencia se pueden dañar con facilidad. Combustible. En tiempo muy frío se debe poner todos los días en el tanque de combustible un poco de alcohol de 96° desnaturalizado o un compuesto comercial especial, a fin de evitar que se congele el agua en las tuberías. El alcohol o el compuesto se mezclan con el combustible y pasan por los filtros y los componentes de inyección sin ocasionar problemas. El tanque se debe llenar siempre al final del día para evitar la condensación. Fricción del aceite. Hay cuatro factores que dificultan el arranque en frío: el calor adicional requerido para elevar la temperatura del aire para que se inflame el combustible al inyectarlo, la vaporización más lenta de la gasolina, la fricción del aceite frío y espeso en todas las piezas y la pérdida de eficiencia de los acumuladores a temperaturas muy bajas. La fricción del aceite puede ser muy seria. Por lo general, en climas extremosos, se emplea aceite más delgado en invierno que en verano, para reducir la fricción y dar mejor lubricación. En condiciones muy severas o si es demasiado difícil arrancar el motor, se puede poner entre ¼ y ½ taza de gasolina por el agujero llenador de aceite justo antes de parar el motor; se lo debe dejar funcionar unos instantes para mezclar el aceite y la gasolina en las piezas. Algunos fabricantes lo prohíben, pues el aceite lubricante se diluye a un grado peligroso. Con ello se adelgazará el aceite y el arranque será más fácil en la ma-

Motores

ñaña. Tan pronto como caliente el motor, la gasolina se evaporará con rapidez y el aceite volverá a tener, más o menos, la viscosidad adecuada. Los vapores de gasolina escaparán por el tubo de ventilación positiva del motor y, si tiene un filtro, el riesgo de incendio es insignificante.

HUMO EN EL ESCAPE El motor diesel, por lo general, tiene una combustión limpia, pues los cilindros se cargan con una cantidad de aire más que suficiente para inflamar la cantidad máxima de combustible que se pueda inyectar. Tiene la gran ventaja sobre los motores de gasolina, que los gases de escape tienen un contenido muy bajo de monóxido de carbono. Sin embargo, hay algunos gases de muy mal olor, irritantes y de ligera toxicidad, por lo cual ningún motor diesel o de gasolina se debe hacer funcionar en un lugar cerrado si no hay muy buena ventilación o si no se tiene un sistema de extracción de gases. Debido a sus características de una combustión que casi siempre es limpia, es lamentable que muchos camiones diesel dejen nubes de humo negro tras de ellos, que molestan a todos en la calle o en la carretera. Esta molestia se debe a la inyección de mayor cantidad de combustible que la especificada para el motor, con lo cual hay exceso de combustible. Las máquinas excavadoras y los camiones y otras máquinas para fuera de carretera casi nunca tienen humo negro en el escape, mientras que hay demasiados camiones y autobu-

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ses que parecen locomotoras de vapor. El humo es una indicación de desperdicio de combustible, de formación de lodos en el aceite y daños a las válvulas de escape y silenciador ("mofle") por el contacto con los gases que todavía están inflamados. Por ello, el mecánico o supervisor deben estar alertas para no permitir el humo. El humo que se ve en algunos escapes en camiones y autobuses suele ser señal de piezas o ajustes deficientes que se corregirán en la primera parada para servicio. Sin embargo, muchas veces el humo se debe a que el conductor o un mecánico, "arreglan" el motor porque alteran los ajustes de la bomba o el gobernador o instalan inyectores más grandes que los especificados para el tipo de servicio para darles más potencia. Se pueden lograr aumentos en la aceleración o en la potencia, pues el hidrógeno del combustible recibe más calor del oxígeno disponible que del combustible en sí, pero el desperdicio de combustible, los daños al motor y la molestia y la contaminación contrarrestan esa ventaja. Si un diesel tiene tendencia a ahumar lo hará con el acelerador abierto por completo y, en particular, cuando la carga o el esfuerzo hacen que se reduzcan sus rpm normales. Debido a que penetra a los cilindros la misma cantidad de aire sin que importe la posición del acelerador, habrá exceso de combustible cuando se abre el acelerador y se inyecta más combustible. A velocidades inferiores a las normales, la carrera más lenta de los pistones permite que la pared de los cilin-

186

Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

dros absorba una parte considerable del calor, y la llama, de temperatura más baja, no consume tanta proporción del oxígeno disponible como a altas rpm.

CONSUMO DE COMBUSTIBLE Los fabricantes, muchas veces, presentan el consumo de combustible por hp al freno con una línea adicional en la gráfica de torsión y caballaje (Figs. 4-36A y B). Esta línea es una curva plana y el consumo más alto es con las rpm más bajas y el mínimo cerca de las rpm máximas o gobernadas. Hasta hace pocos años, el consumo se especificaba en libras, lo cual era un inconveniente para las empresas constructoras que compran y pagan el combustible por galones (en EUA). Para convertir a galones, se dividen las libras de gasolina entre 6.0; las libras de combustible diesel entre 7.0, 7.1 o 7.3. Hay diferentes opiniones al respecto si la cifra correcta es de 7.1 o 7.3, pero casi siempre la cifra es de 7.0 es más fácil para los cálculos. Carga. Las curvas de consumo de combustible de los motores son para funcionamiento a plena carga. Muy pocas máquinas, camiones o tractores funcionan continuamente a plena carga pues los motores no pueden hacerlo. La excavadora puede deslizarse por el impulso adquirido en su giro y tiene poca carga mientras baja el cucharón; el bulldozer retrocede sin carga y el camión y la escrepa regresan vacíos o pueden funcionar

en bajadas. La carga promedio puede variar entre menos de Vi parte hasta algo más de % partes de la máxima. En un motor que trabaja sin carga se consume alrededor de 30% más combustible que a plena carga a la misma velocidad. Cualquier reducción en la carga reduce el consumo de combustible, por lo cual en muchos tipos de trabajo el consumo es inferior a las cantidades nominales especificadas. El trabajo de excavación en tierra dura o el arrastre sobre terreno blando o a alta velocidad, por lo general, consumirá más combustible que en condiciones más favorables. Pero, hay excepciones. Una excavadora que ataca un talud duro puede usar menos combustible por hora (pero más por yarda cúbica) que cuando hay penetración fácil y profunda y se pueden llevar cargas más pesadas en el cucharón. Eficiencia. Muchos motores rara vez funcionan a su eficiencia máxima o cerca de ella. Los filtros de aire sucios, el desgaste y los ajustes incorrectos en el motor y el sistema de combustible, los escapes de compresión por válvulas o anillos gastados o pegados y la fricción o carga de los accesorios que funcionan en forma constante como el generador o alternador y la bomba o bombas del sisteTipo de servicio Combustible Ligero

Promedio

Pesado

Diesel

0.02 a 0.03

0.04

0.07

Gasolina

0.06 a 0.07

0.08

0.10

Figura 4-63. Consumo de combustible, galones por caballo y por hora.

Motores

187

Para hacer un cálculo aproximado y rápido, utilice el 80% del consumo de combustible nominal a plena carga como base (si es necesario convierta las libras a galones para evitar confusiones). La compañía constructora que tiene registros del consumo de combustible debe usar sus propias cifras, pues serán mucho más exactas que los valores promedio citados. Figura 4-64. Dinamómetro de freno Prony.

POTENCIA ma hidráulico aumentan el consumo. Un motor nuevo o uno reconstruido y con buen asentamiento inicial consumirá menos combustible que el especificado para plena carga casi en cualquier tipo de trabajo; pero, cuando ya está muy gastado o se lo ha descuidado, puede consumir más con carga parcial que a plena carga. Los motores que tienen cierto tipo de gobernador o que están despotenciados para producir un caballaje menor que el nominal, consumirán combustible en proporción con la potencia que pueden producir, en vez de hacerlo a su valor nominal. Las grandes altitudes y altas temperaturas aumentan con el consumo de combustible, salvo que se hagan ajustes especiales. En la tabla de la figura 4-63 se señala el consumo de combustible que se puede esperar con tres tipos de servicio. El "ligero" es para equipo en excelentes condiciones con cargas livianas; el "pesado" es para motores viejos y equipos en condiciones difíciles de trabajo, y "promedio" es el trabajo normal del equipo.

La potencia se puede medir en términos de fuerza, empuje, tracción, torsión o elevación; por ejemplo, un tractor puede tener una tracción en la barra de tiro de 30 000 lb. Se puede medir en términos de trabajo; si el tractor arrastró una carga de 30 000 lbs a seis pies de distancia, hubiera hecho trabajo equivalente a 6 pies x 30 000 lb, o sean, 180 000 pies-libras (ft-lb). Las cargas y distancias pequeñas se pueden medir en pulgadas-libras (in-lb). Es decir, si se levanta un peso de 20 lb a 7 in de altura el trabajo sería de 140 in-lb. Para convertirlas a ft-lb se dividen entre 12. La fórmula general es: Trabajo = fuerza x distancia La tercera medición es en términos de trabajo y tiempo. Si un tractor arrastró 30 000 lb a 100 ft en un minuto, habrá sido equivalente a un trabajo o producción de 30 000 lb x 100 ft o 3 000 000 ftr-lb por minuto.

188

Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Torsión. La torsión es el esfuerzo de rotación de un eje o su fuerza torsional. La torsión del motor se especifica en libras-pie, que es la cantidad de cantidad de fuerza ejercida a una distancia de un pie desde el centro del cigüeñal. Se mide con un dinamómetro de motores que produce resistencia contra la rotación del cigüeñal, e indica la cantidad de fuerza que aplica el motor al trabajar en contra de esa resistencia. En la figura 4-64 se ilustra un dinamómetro muy sencillo llamado de freno Prony. Un freno actúa contra un tambor que gira junto con el volante del motor. El freno tiene un brazo de fuera con una báscula en su extremo externo. La velocidad del motor se mide en revoluciones por minuto (rpm) con un tacómetro. Cuando se aplica el freno, su fricción contra el tambor en rotación lo hace girar junto con el brazo y la fuerza se registra en la báscula. Cuando el freno mantiene las rpm del motor a un valor menor que el requerido por la posición del acelerador, la báscula señala la cantidad de fuerza que ejerce el motor a esa velocidad en contra de la resistencia o carga del freno. Si el brazo de fuerza tuviera una longitud de un pie, la báscula indicaría la torsión. Si fuera de dos pies de longitud, habrá que multiplicar la lectura por dos para determinar la torsión. Con un brazo de dos pies, el acelerador abierto por completo y mientras el freno mantiene el motor a

1000 rpm, la báscula podría registrar 401 Ib—ft. Al multiplicar esta lectura por dos, se tendría un valor de torsión de 802 lb-pie a esa velocidad. El freno Prony se puede utilizar para mantener el motor a muy diversas rpm para pruebas, a veces, en intervalos de 200 rpm en toda la gama de velocidades. El resultado para un motor diesel se muestra en la columna central de la figura 4-65. En la actualidad casi todas las pruebas de torsión, para que sean reales, se hacen con la bomba del agua, ventilador, alternador y silenciador y demás equipo instalado en el motor. Estos componentes se incluirán cuando se instale el motor en una máquina y cada uno de ellos consumen algo de potencia. En casi todos los dinamómetros se emplean unidades de absorción o resistencia hidráulicas o eléctricas y se describirán en la siguiente sección. Caballaje. El caballaje es una medición de trabajo y tiempo y equivale a 33 000 pies—lb por minuto. El tractor que trabajó a una proporción de 3 000 000 pies-lb por minuto estuvo cerca de 91 hp. Para encontrar el trabajo de un motor, se multiplica la torsión (fuerza) por la distancia en que mueve o puede mover un brazo de un pie de longitud en una revolución. Es la circunferencia de un círculo con radio de un pie, o sea 6.2832 ft. Para obtener el caballaje se multiplica ese resultado por las rpm (tiem-

Motores

po) y se divide entre 33 000. La fórmula básica es:

Sin embargo, como las cifras 6.2832 y 33 000 son constantes, se puede simplificar la fórmula al dividir la segunda entre la primera y la fórmula será:

Al aplicar esta fórmula a la lectura de torsión se obtienen los caballajes nominales de la tercera columna de la figura 4-65. La comparación de la segunda y tercera columnas muestra que el caballaje sigue en aumento después de que ha empezado a caer la torsión. Las cifras de torsión y caballaje como éstas se suelen trazar en papel milimétrico para trazar curvas. Cuando un motor pierde velocidad o se fuerza con la carga, puede aumentar la cantidad de fuerza que aplica al trabajo hasta que las rpm caen a menos del punto máximo de la curva de torsión. Cuando se trabaja en ese intervalo entre máximas rpm y torsión, se dice que está bajo carga o forzado. La capacidad de un motor para perder velocidad con la carga es muy importante en ciertos tipos de trabajo, en particular las excavadoras. Sin embargo si se hace funcionar el motor a las rpm reducidas por la carga durante más de unos segundos es ineficiente y se aplica un gran esfuerzo al motor. Hay que reducir la carga o hacer un cambio de velocidades en

rpm del

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Torsión medida,

Caballaje

motor

Ib-pie

al freno

800

725

114.2

1000

802

152.7

1200

825

188.5

1400

815

217.7

1600

790

240.7

1800

756

259.0

2000

710

270.0

Figura 4-65. Velocidad, torsión y caballaje del motor. la transmisión para volver a las rpm altas. Si las lecturas de torsión se toman en la forma establecida, el caballaje calculado estará correcto. Sin embargo, en una época el caballaje "anunciado" estaba basado en cifras irreales y equivalía a rpm del motor que nunca se alcanzarían en el funcionamiento, por ejemplo, en un automóvil que fuera a 120 mph. Las lecturas de

190

Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Porcentaje de caballaje a nivel del mar disponible en un motor de gasolina o diesel de cuatro tiempos a diversas altitudes Altitud,

Temperatura, °F

pies

110

90

70

60

50

40

20

0

-20

0 95.4

97.1

99.1 100.0 100.8 101.8

103.9 106.2 108.5

1000 92.0

93.7

95.5 96.4

97.4 98.4

100.3 102.5 104.8

2000 88.7

90.4

92.1 93.0

93.8 94.8

96.8 98.8101.0

3000 85.5

87.2

88.8 89.6

90.5 91.4

93.3

95.2

97.4

4000 82.5

84..0

I 85.6 86.5

87.3 88.2

89.9

91.8

93.8

5000 79.5

80.9

82.5 83.3

84.2 84.9

86.7

88.5

90.4

6000 76.7

78.1

79.5 80.3

81.1

82.0

83.6 85.3

87.2

7000 73.8

75.2

76.7 77.5

78.2 79.0

80.6 82.3

84.0

8000 71.2

72.5

73.9 74.6

75.4 76.2

77.6 79.3

81.1

9000 68.6

69.9

71.3 72.0

72.7 73.4

74.8 76.4

78.2

10000 66.2

67.5

68.7 69.3

70.7 70.7

72.2

75.3

73.7

Porcentaje de caballaje a nivel del mar disponible en tractores con motor diesel GM de dos tiempos (aproximado) %de Altitud, pies

caballaje disponible

%de Altitud, pies

caballaje disponible

0

100.0

6000

96.0

1000

100.0

7000

95.3

2000

99.1

8000

94.7

3000

98.2

9000

94.2

4000

97.5

10000

93.6

5000

96.8

Figura 4-66. Variaciones en el caballaje con la altitud y la temperatura. (Cortesía de Fiat-Allis Construction Machinery, Inc.)

torsión a veces se toman sin el generador o el sistema de enfriamiento o con aire a presión mayor que la atmosférica. Caballajes nominales. Hay diversos tipos de especificaciones del caballaje nominal. Cuando se conocen, será más fácil entender las especificaciones. El caballaje al freno es el que se mide como se describió o con otro

método que produzca resultados similares. El caballaje neto son los hp al freno después de restar la carga de los accesorios. El caballaje en el volante es la potencia del motor, con o sin accesorios. La potencia en la barra de tiro es el caballaje después de restar las pérdidas por fricción en el tren propulsor. El caballaje máximo es el que puede producir el motor durante cinco minutos consecutivos. El caballaje intermitente es la potencia que se puede producir con cargas cambiantes, como las que hay en el equipo de construcción. El caballaje continuo es el especificado para trabajo continuo con cargas estables, como en las bombas de pozo profundo para riego. Caballaje A.M.A. Fue una especificación arbitraria que se empleó hace años para determinar los impuestos que debían pagar los vehículos, y se llamaba también caballaje fiscal. Depende sólo del diámetro y del número de los cilindros y no tiene relación constante con la torsión o el caballaje al freno. La fórmula es:

Cilindrada. En las especificaciones del fabricante se debe expresar la cilindrada en pulgadas cúbicas. Es la suma del diámetro de cilindros y la carrera del pistón, en pulgadas o en milímetros. Sirve para determinar el tamaño, no la potencia, de un motor. Un motor de combustión interna eficiente debe producir, cuando menos, 0.625 libra—pie de torsión por

Motores

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Figura 4-67. Diagrama de un dinamómetro. (Cortesía de Clayton Mfg. Co.)

cada in de cilindrada; la relación varía pero es un dato general. Para encontrar la torsión aproximada, se multiplica la cilindrada por 5 y el resultado se divide entre 8. La fórmula es:

Altitud y temperatura. El aire

se vuelve más delgado conformen aumentan la altitud o la temperatura. Este aire delgado contiene meno oxígeno para que se mezcle con el combustible y se reduce la compresión. Como resultado, la potencia del motor disminuye con los aumentos en

la altitud, la temperatura o ambas. Las pruebas estándar se hacen a nivel del mar a una presión barométrica de 29.92 in y una temperatura de 60°F. Si las condiciones son diferentes, se debe mencionar en las especificaciones. En general, el aumento en la altitud reducirá la potencia de un motor de cuatro tiempos alrededor de 3% por cada 1000 pies sobre el nivel del mar. Un motor diesel de dos tiempos conservará su plena potencia hasta los 1000 pies y, luego, perderá alrededor de 0.9% por cada 1000 pies adicionales; esto se debe al empleo del soplador de baja presión para el aire de admisión.

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Una caída en la lectura del barómetro, por ejemplo, de 30.0 a 29.0 in, cuando se aproxima una tormenta, reducirá la potencia del motor lo mismo que un aumento de 900 pies en la altitud. El aumento en la temperatura reduce la potencia del motor a alrededor de 0.9% por cada 10°F (5.6°C). El enfriamiento produce el efecto opuesto. En la figura 4-66 se muestran los cambios en la potencia con la altitud y la temperatura. Las pérdidas de potencia tienen un efecto considerable en el rendimiento y producción a grandes altitudes y se deben tener en cuenta al comprar una máquina. Por ejemplo, un camión cargado puede subir una pendiente de 10% al nivel del mar con la transmisión en tercera velocidad, pero sólo podría subir una de 8.5% en un lugar a una milla de altitud. Si tuviera que pasar en una zona montañosa a 12 000 ft de altitud, su potencia de ascenso se reduciría al 6.4%. Para todas las subidas se necesita cambiar la transmisión a una reducción más baja. El consumo de combustible aumenta con la pérdida de potencia por la altitud, pues el aire delgado no permite lograr una combustión eficiente. Se pueden hacer ajustes especiales en el carburador, la bomba y los inyectores para reducir el consumo, pero no se puede recuperar la potencia. Sobrealimentación. Los turbocargadores se emplean para aumentar la potencia en proporción con la

cilindrada, mantener la potencia de nivel del mar hasta determinada altitud, o para ambas cosas. Muchos motores turbocargados (sobrealimentados) pierden potencia a más de determinada altitud y la recuperan o aumentan al nivel del mar. Pero esas pérdidas no son iguales a la potencia adicional o la mantenida con el turbocargador. En muchos motores modernos se emplean controles para el turbocargador a fin de compensar, dentro de ciertos límites, las pérdidas de potencia cuando trabajan a más de cierta altitud.

DINAMÓMETRO El dinamómetro es un aparato para medir la potencia, por lo general el momento de torsión en el cigüeñal de un motor o en otros ejes rotatorios. El dinamómetro de motores se utiliza en todas las fábricas y en muchos talleres grandes para probar, afinar y para el asentamiento inicial de motores. Dinamómetro de absorción. En estos aparatos se produce una resistencia controlada a la rotación de un cigüeñal o eje y se mide la potencia aplicada en contra de la resistencia. En el dinamómetro de freno Prony (Fig. 4-64) se ilustra este principio. En los dinamómetros modernos se ha sustituido el freno por un generador eléctrico cuyo rotor se conecta en el cigüeñal y se restringe la rotación del estator con un brazo y una báscula. En el dinamómetro con freno de abanico se emplea aire para aplicar la resistencia. En el tipo hidráulico, que se describe a continuación, se utiliza

Motores

193

un retardador hidráulico para producir la resistencia. La potencia del motor se convierte en una gran cantidad de calor. Se necesita un sistema de enfriamiento del motor para eliminar una parte del calor producido por la combustión. El dinamómetro debe poder recibir toda la potencia, así que necesita un sistema de enfriamiento grande y eficiente y esto debe tenerse muy en cuenta cuando se haga la instalación. Hidráulico. Un dinamómetro hidráulico del tipo de aspas es similar al retardador hidráulico que se ilustra en la figura 6-21. La rotación de un impulsor cercano a las aspas fijas produce una turbulencia que absorbe la potencia, en una cantidad que depende de la cantidad de agua "de carga" en la cubierta; cuando está vacía absorbe poca o ninguna potencia. El agua para carga circula por un sistema cerrado y por un intercambiador de calor. Para aumentar o reducir la cantidad en cualquier momento, se abren las válvulas de entrada o de salida. Un brazo soportado por una báscula impide la rotación de la cubierta en que están las aspas fijas. En la figura 4-67 este brazo se ilustra como una cubierta redonda conectada con una báscula en la parte superior; la construcción real es más compacta. La báscula mide la fuerza o torsión que aplica el motor, en la misma forma que en el freno Prony. En la práctica, la lectura de la báscula se transmite a un indicador con carátula que se puede observar en todo momento.

Figura 4-68. Columna de agua. (Cortesía de Clayton Mfg. Co.)

Se puede impulsar un tacómetro para indicar la velocidad del motor desde una conexión en el dinamómetro o en el cigüeñal u otro eje. Se puede obtener un instrumento combinado para señalar el caballaje, aunque quizá no sea tan preciso como el indicador de momento de torsión y el tacómetro. El sistema de enfriamiento suele ser del tipo en que el agua se descarga al drenaje y consume alrededor de 25

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

galones por minuto en un motor de 300 hp a plena carga. Se necesita un suministro muy grande de agua y algún método para descargarla al drenaje. El agua se calienta entre 150°F y 200°F en el dinamómetro y, por tanto, debe estar libre de impurezas para que no se formen incrustaciones en el intercambiador de calor cuando se calienta. También se utiliza un sistema cerrado con un radiador de gran tamaño para disipar el calor y evitar el desperdicio de agua. También se puede utilizar un sistema de enfriamiento con columna de agua (Fig. 4-68) para el motor y, a veces, es más conveniente que un radiador. El agua de enfriamiento del motor se circula por mangueras de modo que el agua caliente entra por la parte superior de la torre y el agua enfriada sale por la parte inferior y vuelve al motor. Un termostato deja entrar agua fría de la tubería al centro de la columna, a fin de reducir la temperatura del agua de entrada al motor. El sobrante de agua se descarga por una manguera o se envía a un tanque para recuperarla. Conexión al cigüeñal. Los dinamómetros se montan sobre un bastidor, en el cual se coloca el motor para hacer una conexión directa entre el volante o el cigüeñal con el eje del dinamómetro. El bastidor tiene soportes ajustables para diversos tamaños y tipos de motores, una columna u otro sistema de enfriamiento, suministro de corriente del voltaje adecuado para el arranque y el encendido (en motores de gasolina) y un

sistema eficiente de extracción de gases de escape. El dinamómetro debe de estar dentro de un cuarto con paredes de material aislante para separarlo del resto del taller, pero en un lugar conveniente para mover los motores entre el taller y el dinamómetro. El motor se debe colocar con el cigüeñal casi alineado con el dinamómetro. Se emplean uniones universales para corregir ligeras desalineaciones, pero los ángulos consumen potencia y producen desgaste y vibración excesivos. El motor se sujeta por medio de bridas atornilladas. El motor se puede probar instalado en una máquina con una conexión entre la toma de potencia y el dinamómetro, o con un dinamómetro de chasis, haciendo girar las ruedas. Dinamómetro del chasis. Este aparato permite probar el motor y el tren propulsor al mismo tiempo en los vehículos. Se colocan el camión o el tractor con las ruedas motrices en rodillos colocados en el piso, uno de los cuales hace girar el eje del dinamómetro. En la figura 4-69 sólo se ilustra una rueda; como es natural, las otras tres también estarán en contacto con los rodillos. Si se van a probar vehículos con eje tándem —llamado incorrectamente "torton" en México— se utiliza un juego adicional de rodillos de la anchura necesaria. Se conduce el vehículo sobre los rodillos y se detiene de modo que las ruedas motrices estén bien asentados en los rodillos. Se colocan calzas en las ruedas no motrices. Para co-

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Figura 4-69. Dinamómetro para chasis. (Cortesía de Clayton Mfg. Co.)

néctar un gabinete auxiliar para enfriamiento, se conectan las dos mangueras en el cuello llenador del radiador, separadas por un espaciador. Una bomba succiona el agua del sistema del vehículo, la circula por serpentines enfriados por agua de una llave y la devuelve al vehículo. Hay también la opción de un volante que se pueda acoplar para simular el impulso adquirido por un vehículo cargado a fin de determinar si hay juego en el tren propulsor y para probar los cambios en la transmisión automática. Este volante no se debe acoplar cuando las ruedas están girando, ni desacoplar a más de 20 mph ni usar a altas velocidades. Pruebas. El conductores del vehículo puede manejarlo como si estuviera en la carretera, con la trans-

misión en cualquier posición y a cualquier velocidad, mientras que el operador del dinamómetro mantiene o varía la carga para producir el efecto de un camino plano o de subidas y bajadas. Esto se puede hacer en el dinamómetro, con control remoto (mando a distancia) o con un mecanismo especial que regule la carga del dinamómetro para mantener el vehículo a una velocidad predeterminada. La facilidad de poder simular casi cualquier condición del camino y observar los instrumentos indicadores del rendimiento, permite al mecánico localizar con rapidez las dificultades en el motor o en el tren propulsor y comprobar en forma rápida y fácil los resultados de una afinación. Se pueden utilizar los instrumentos normales para pruebas de motores; pero, es necesario tener normas de rendi-

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

miento para comparar los resultados del vehículo sometido a prueba. Estas normas suelen aparecer en los manuales de taller de los fabricantes o se pueden tener datos de pruebas anteriores en vehículos idénticos. Se debe recordar que las diferencias en el motor y en las reducciones de la transmisión y del eje trasero darán resultados erróneos. Hay algunos dinamómetros que sólo se pueden utilizar para prueba a dos o tres velocidades fijas. Son de utilidad limitada para vehículos, pues no pueden simular las variaciones en las condiciones de trabajo. Asentamiento inicial de moto-

res. Los motores nuevos y los reacondicionados tienen muchas piezas maquinadas o pulidas en contacto deslizable cuyas superficies están mucho más ásperas que después de que el motor ha trabajado algún tiempo. El asentamiento inicial también se llama, a veces, "aflojamiento" o "rodaje". Con los procesos de maquinado se puede producir casi cualquier grado de tersura en la superficie, pero es muy costoso hacerlo y no se tiene una superficie de trabajo tan buena como cuando hay una ligera aspereza. Esta ligera aspereza permite que el con-

tacto entre las piezas les dé el acabado o asentamiento final, pues se desgastan o asientan las ranuras y aristas diminutas hasta tener el ajuste deseado. Si se hace funcionar un motor a alta velocidad o con cargas pesadas cuando las piezas están nuevas y ásperas, existe el riesgo de que se produzcan "puntos calientes", fallas en la lubricación, rayaduras y daños serios. Pero si el asentamiento se hace a velocidades muy bajas y con cargas ligeras, en algunas de las piezas se puede producir un "brillo de espejo" en vez de que haya asentamiento entre ellas. Ese brillo de espejo en las paredes de los cilindros impedirá el asentamiento correcto de los anillos, producirá mala compresión y paso excesivo de aceite. El mejor asentamiento inicial se logra a velocidades medianas y variables. Cuando se instala un motor en el dinamómetro para el asentamiento inicial, se controlan la velocidad y la carga para tener mejores resultados a largo plazo. Al mismo tiempo se puede verificar su rendimiento y efectuar los ajustes y cambios necesarios.

Preguntas de repaso del capítulo 4 Las respuestas aparecen al final del libro después del índice 1. El bloque de cilindros suele ser de

2. Un regulador automático de la ve locidad se llama _______________

Motores

3. El nivel de gasolina en la taza del carburador se controla con ______ 4. Las incrustaciones en las camisas de agua de un motor se eliminan con _______________________ . 5. ¿Qué tipo de bujía no tiene junta? 6. ¿En que tipo de motor se utiliza una bomba de distribuidor? 7. ¿En qué tipo de motor se utiliza el distribuidor? 8. La torsión se define como la fuerza de rotación de _______________ . 9. ¿Qué efecto produce la altitud en la potencia de un motor? 10. La vaporización y las bolsas de aire suelen ocurrir en ___________ . 11. Los magnetos se utilizan en máquinas que no tienen ____________ .

197

12. ¿Cuánto tiempo se debe hacer funcionar la marcha eléctrica? 13. ¿Qué efecto produce la altitud en el consumo de combustible? 14. La toma de aire del carburador se cierra con una _______________ . 15. Los turbocargadores aumentan la potencia en proporción con ______ . 16. Las gasolinas se clasifican por su _ 17. Un venturi es una sección restringida en el __________________ . 18. El cigüeñal convierte el movimiento reciprocante de los pistones en_

-

19. ¿Qué tipo de bomba del agua se utiliza en los motores? 20. La mezcla de aire-combustible en un motor frío debe ser _________ .

5 Electricidad IMPORTANCIA Casi la totalidad del equipo pesado moderno tiene marcha (motor de arranque) eléctrica alimentada por el acumulador. Muchos tienen bocinas, luces u otros accesorios eléctricos. Todos los motores de gasolina tienen un circuito eléctrico para el encendido. Además, en muchas máquinas se utiliza la electricidad para trabajo pesado. Las excavadoras gigantes son eléctricas y se suelen conectar con las líneas de transmisión de la empresa eléctrica. Otras excavadoras tienen transmisión eléctrica mediante unidades generadoras dieseleléctricas. Hay transmisiones eléctricas para escrepas, camiones y malacates y para todos los tipos de equipo de minería. Uno de los trabajos más importantes de un mecánico es mantener las máquinas de modo que puedan arrancar con facilidad y tomar las medidas de urgencia para volver a ponerlas en marcha con rapidez cuando el operador no pueda hacerlo. Una gran parte de los problemas al

arranque se deben, de forma directa o indirecta a fallas eléctricas. El buen mecánico de equipo pesado debe entender lo que es electricidad. En este capítulo sólo se describen aspectos generales básicos y se requieren estudios adicionales.

NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD Toda la materia está compuesta por átomos y cada átomo consta de partículas con carga eléctrica. En el centro están los protones grandes, con carga positiva, alrededor de los cuales se mueven los electrones, que son más ligeros, con carga eléctrica negativa. Todos los átomos tienen el mismo número de protones y de electrones. Sus cargas se anulan entre sí, por lo cual el átomo es eléctricamente neutro. Algunos de los electrones se pueden desprender y moverse hacia otros átomos. Un átomo que ha perdido un electrón tiene carga positiva; el que que gana un electrón tiene carga negativa.

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Figura 5-1. Capacidad nominal de los acumuladores.

Una sustancia que permite el libre paso de electrones por ella es buena conductora de electricidad; una que se resiste y detiene ese paso es no conductora o aislante. Pero, incluso los mejores conductores ofrecen alguna resistencia y casi todos los aisladores permitirán el paso de algunos electrones. Corriente. La corriente eléctrica es el flujo o paso de electrones por un conductor. Su comportamiento se puede comparar con el flujo de agua en un tubo. Para empezar, si no hay corriente no hay movimiento. La presión que hace pasar el agua por el tubo se mide en libras por pulgada cuadrada (psi); la presión eléctrica se mide en fuerza electromotriz, esto es, en volts. El agua a presión se suministra con una bomba o por gravedad; la presión eléctrica con un generador, un acumulador o una pila. El volumen de agua se puede medir en galones por minuto, pies cúbicos (ft por segundo o medidas similares de cantidad y tiempo. La medida correspondiente para la electricidad es el ampere. Es una cantidad

muy pequeña de corriente y equivale a un flujo de 6.28 billones (millones de millones) de electrones por segundo. Los galones por minuto y los amperes son unidades de medida de volúmenes de flujo. Si la corriente debe efectuar trabajo (el agua del tubo también se podrá utilizar para mover una rueda hidráulica o una turbina), también se debe tener en cuenta la presión (voltaje). Para encontrar la potencia de una corriente eléctrica se multiplica el volumen o cantidad (amperes) por la presión (volts), para producir una medición de potencia en watts. Un watt-hora es un ampere de corriente a una presión de un volt durante una hora. Un kilowatt-hora (kW) son 1000 watts-hora. Un acumulador de seis volts podría tener una potencia nominal de 100 amperes-hora, es decir, podría suministrar una corriente de cinco amperes durante 20 horas. Equivale a una potencia de 600 watts (6 volts × 20 horas × 5 amperes = 600 watts). Un acumulador equivalente de 12 volts también tendría una potencia nominal a 50 horas, pero de todos modos produciría 600 watts (12 × 50

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- 600 watts). En muchos equipos pesados se emplean acumuladores de 12 o de 24 volts, pero todavía hay máquinas antiguas de seis volts y también se encuentra de manera ocasional de 32 o de 48 volts. Recuérdese que los voltajes altos significan menos amperes para el mismo trabajo. Son más susceptibles a los cortocircuitos, más peligrosos, pero no son tan sensibles a la resistencia en el alambrado y a las conexiones deficientes. Un amperímetro mide la intensidad de la corriente en amperes. Un voltímetro mide la diferencia en voltaje entre dos puntos cualesquiera, que no necesitan estar en el mismo circuito eléctrico, pues el voltímetro y sus cables forman su propio circuito. El amperímetro sólo registra cuando hay paso de corriente. El voltímetro se puede emplear en cualquier momento. Los amperímetros suelen ser parte de un circuito; los voltímetros no lo son aunque se emplean como indicadores en algunos tipos de máquinas. Los amperímetros no se emplean para medir corrientes intensas, como en el circuito de arranque. ca y cc. Hay dos tipos comunes de corriente eléctrica: la corriente alterna (ca) y la corriente continua (cc). La cc fluye en un solo sentido, del negativo al positivo; la ca invierte su sentido muchas veces por segundo. La rapidez de esa inversión se mide en hertz (Hz), a los que antes se les llamaba ciclos. La corriente para las casas e industrias, por lo general, es de 60 Hz; puede haber motores de

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"alto ciclaje” en algunas máquinas que pueden necesitar hasta 180 Hz. La ca se emplea cuando se requiere alta potencia, porque su voltaje se puede aumentar o reducir con facilidad con un aparato llamado transformador. En las líneas de transmisión se utilizan voltajes muy altos, de cientos de miles de volts. Después, se la reduce o baja con transformadores entre 2200 y 4400 volts para líneas secundarias y a 115-130 para empleo en las casas. Puede haber generadores de cc y alternadores de ca. La corriente alterna se puede convertir en continua con un motogenerador, el cual es un motor eléctrico que recibe cc o ca e impulsa un generador para producir la otra clase de corriente o bien se emplea un aparato o circuito rectificador. El acumulador sólo puede recibir y descargar cc y, por ello, se utiliza para la marcha, luces y otros equipos y accesorios. Para las máquinas muy grandes se suelen utilizar motores de cc, pues su velocidad se puede controlar con el cambio del voltaje de la corriente y pueden mantener su torsión (par) cuando la carga les hace perder velocidad. Los motores de ca suelen ser menos eficiente y se pueden quemar cuando se reduce el voltaje. Resistencia. El flujo de agua por un tubo se demora por la fricción con las paredes, lo cual ocasiona pérdida de presión. El paso de electricidad se reduce por la resistencia del conductor que ocasiona una caída de voltaje. La resistencia eléctrica se mide en

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Figura 5-2. Un conductor grande tiene menos resistencia.

ohms. En cada caso, la energía perdida se convierte en calor, lo cual es muy importante en muchos sistemas eléctricos en los que deberá trabajar. La resistencia en un conductor varía según el material, longitud, sección transversal y temperatura. Un conductor con un solo hilo se llama alambre; un conductor con muchos hilos trenzados o uno solo muy grueso, se llama cable. El cobre y el aluminio son los mejores metales conductores que, por su precio relativo bajo, se pueden emplear en los equipos. El cobre es un poco mejor conductor y se prefiere para alambres y cables porque es flexible. El hierro tiene entre cinco y siete veces más resistencia que el cobre. El azufre, que es el peor conductor de todos los elementos, tiene miles de millones más veces la resistencia que el cobre. El aire es un aislador razonablemente bueno y el agua es una conductora bastante buena, en especial si tiene sales u otros minerales disueltos en ella. En muchos sistemas de alambrado se depende de un aislamiento parcial en el aire. Si están mojados, la corriente podrá escapar-

se y seguir el exterior del aislamiento y las piezas, en vez de permanecer dentro del conductor. Ese alambrado mojado puede impedir que funcione la máquina y ocasionarle daños, aparte de que es muy peligroso para cualquier persona. Cuanto más alto es el voltaje, mayor es el peligro. La resistencia aumenta en proporción directa con la longitud del conductor. Si un pie de alambre tiene una resistencia de un ohm, uno de dos pies tendrá dos ohms y uno de 100 pies, 100 ohms. En los conductores largos se reduce el voltaje por este efecto directo y por algunos indirectos. Cuanto más grueso es el conductor, menor será la resistencia. El cable que va del acumulador a la marcha es muy grueso para conducir la alta corriente necesaria para el arranque del motor; un alambre delgado es suficiente para llevar la corriente a una lámpara en el tablero. Esto se explica con mayor amplitud en el apartado "circuitos". La resistencia de los metales aumenta cuando sube su temperatura. Éste es uno de los factores por los cuales se quema un conductor sobre-

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Figura 5-3. Circuito básico.

cargado, pero es de escaso interés para el mecánico. Por otra parte, el calor no perjudica la eficiencia de muchos aisladores que se empiezan a fundir o derretir.

CIRCUITOS La electricidad sólo puede funcionar en un circuito completo, en el cual los electrones o un número igual de electrones a los que han desplazado, retornan a su punto de partida. Un circuito típico incluye un generador o alternador, acumulador, una unidad de trabajo, un interruptor y los conductores para las conexiones. La electricidad se mueve a la velocidad de la luz, de 300 000 km (186 000 millas) por segundo o sea un movimiento casi instantáneo en los circuitos en que trabajará. La parte de un circuito entre la fuente de corriente y la unidad funcional o sus interruptores de corriente, se llama circuito de corriente, y suele constar de un alambre o cable aislados. La parte de retorno del circuito se llama tierra (masa) y puede ser el bastidor de acero del vehículo o la máquina en el cual se conectan alambres o cables. El alambre de tierra

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suele estar aislado; el cable o cincho trenzado para tierra no lo está. En las máquinas estacionarias, la conexión a tierra se hace en el suelo. Cualquier abertura en el circuito impedirá el paso de la corriente en cualquier parte de él. La abertura puede ser por un interruptor, un conductor roto, una conexión floja, una interrupción en el aislador y/o la corrosión que puede actuar como aisladora. Si se hace una conexión accidental entre un alambre que lleva corriente y tierra, la corriente pasará por esta trayectoria y se producirá lo que llaman cortocircuito. Puede producir suficiente calor para fundir piezas o herramientas y puede descargar el acumulador en segundos si es de suficiente intensidad. Calentamiento. La resistencia al paso de la corriente convierte la energía eléctrica en calor. El calor de la resistencia disminuye cuando se aumenta la sección transversal del conductor y aumenta en proporción al cuadrado del amperaje del flujo. Estos efectos son adicionales a los que produce el tipo de material empleado en un conductor. El flujo de corriente por un circuito se controla por la cantidad que puede pasar por el punto de máxima resistencia. Cuanto mayor sea el amperaje y más delgado sea el conductor, más fuerte será la restricción al flujo. Si el circuito incluye una lámpara (foco) pequeña, no pasará más corriente de la que pueda pasar por su filamento. La resistencia calentará el filamento al rojo blanco, pero está

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proyectado para resistir esta temperatura y no se dañará. Pero si se conecta una lámpara grande con un conductor que tenga más resistencia que el filamento, la lámpara producirá una luz muy tenue o no encenderá y se calentará el conductor. Puede calentarse lo suficiente para que se chamusque el aislamiento y se derrita y se inflame, o bien, se puede fundir el conductor. Cuanto mayor sea el amperaje y más delgado sea el conductor, más fuerte será la restricción al flujo. Cuando haya duda en cuanto al tamaño del conductor que va a utilizar; emplee el más grueso. La diferencia en precio no tiene importancia en los tramos cortos que se utilizan en las máquinas y un alambre más delgado puede tener una menor duración y producir problemas. El calentamiento puede ocurrir en las conexiones corroídas o flojas. Algunos tipos de corrosión son buenos conductores; otros son aisladores, reducirán el paso de corriente y se calentarán mucho. Las chispas que saltan en una conexión floja, es fácil que la calienten y la quemen. Si un sistema de bajo voltaje está accesible, entonces para probarlo le aplica carga y prueba la temperatura de los componentes con un dedo. Hágalo con cuidado pues los componentes pueden estar muy calientes y producirle una quemadura. En cualquier lugar que haya calor, habrá un problema en ese momento o muy pronto. Calefactores. La resistencia eléctrica se emplea para la producción

directa de calor como en los tapones incandescentes, precalentadores y en el encendedor de cigarros en algún vehículo, y su empleo más grande es para la calefacción y las estufas y hornos en las casas. La calefacción por resistencia consume una gran cantidad de corriente y hay que controlarla con cuidado en los sistemas alimentados por acumulador. Un calefactor se debe hacer con un conductor que tenga alta resistencia para generar calor en un espacio pequeño, debe tener alto punto de fusión, poca o ninguna tendencia a oxidarse y sufrir mínimo deterioro con el calentamiento y enfriamiento repetidos. Se suele utilizar alambre de níquel-cromo, pero también se vuelve muy delicado con el uso. Reóstato. Un reóstato es un aparato con el cual se puede variar la cantidad de resistencia en un circuito. Al aumentar la resistencia se reduce el voltaje que llega a las partes funcionales, con lo cual se reduce la velocidad de los motores de cc y se pueden atenuar las luces. En la figura 5-4 se ilustra un reóstato sin escalones para trabajo ligero. El circuito tiene una bobina de alambre de alta resistencia y un contacto movible. Si el contacto toca con la terminal con corriente de la bobina hay poca resistencia y la lámpara brillará con gran intensidad. Cuando se separa el contacto de la terminal con corriente, la corriente debe recorrer una mayor longitud en los alambres de la bobina, se reducirá el voltaje y la luz será tenue. Si los contactos se pueden separar por completo de la

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bobina, se interrumpe el contad» y el reóstato también funciona como interruptor. Un control escalonado tiene dos o más botones de contacto espaciados a lo largo de la bobina, y el contacto se hace en ellos y no en la bobina en sí. Con este método se limita la variación de velocidad que se puede obtener, pero es adecuado para trabajo pesado. Fusibles y disyuntores. Un fusible es una tira o alambre de metal que tiene alta resistencia y bajo punto de fusión. Debe ser el punto más débil en un circuito para que cualquier sobrecarga haga que se funda e interrumpa el circuito antes de que se dañe alguna parte. Cuando se funde un fusible puede no ser señal importante. Cuando se funden con frecuencia significa que el circuito está sobrecargado porque hay demasiados componentes alimentados por ese circuito, algún componente consume demasiada corriente porque está deficiente o hay un cortocircuito. Se puede utilizar temporalmente un fusible de mayor capacidad, pero la sobrecarga continua producirá daños. Los fusibles en un equipo pueden estar en un broche detrás del interruptor o en portafusibles que se abren con un cuarto de vuelta en la mitad de los conductores. Los broches son causa frecuente de dificultades porque se aflojan y producen parpadeo o la corrosión produce mal contacto o lo impide. Un tipo de disyuntor (llamado también cortacircuito) es un interruptor

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Figura 5-4. Reóstato.

automático que abre el circuito si está sobrecargado y se queda abierto hasta que se restablece a mano. Otro tipo abre y cierra muchas veces por segundo produciendo chasquidos mientras persista la sobrecarga en el circuito. El primer tipo es más seguro pero menos conveniente.

INTERRUPTORES Un interruptor es un aparato para abrir y cerrar un circuito eléctrico, para detener y poner en marcha algún componente funcional o para proteger un circuito contra uso no autorizado o daños. Mecánicos. Los interruptores mecánicos tienen superficies conductoras de cobre y tungsteno o sólo de cobre que se juntan entre sí para cerrar el circuito para que funcione y se separan para abrir. Es muy importante que el contacto se haga en una superficie de suficiente tamaño para conducir la corriente, con suficiente fuerza para permitir el flujo fácil y suave de electrones entre una y otra. Si la superficie de contacto es muy pequeña se calentará el interruptor.

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Figura 5-5. Interruptor mecánico de arranque. (Cortesía de Delco-Remy Div., General Motors.)

Si no está firme o fuerte el flujo será irregular y ocurrirán parpadeo de luces y funcionamiento irregular de los motores. Saltarán chispas entre los contactos flojos que quemarán y picarán el metal y producirán corrosión. Las chispas también suelen saltar en el espacio de aire (entrehierro) entre los contactos cuando empiezan a separarse cuando se abre el interruptor y cuando se empiezan a juntar al cerrarlo. Estas chispas o arcos aumentan con el voltaje alto. Los daños por las chispas reducen la superficie y la firmeza del contacto, aumentan el chisporroteo y los daños hasta que el interruptor se daña por completo. Un contacto firme con amperajes elevados se logra por acción de resorte o algún dispositivo auxiliar. La construcción más común es tener uno o más resortes en el mecanismo de apertura o disparo, para mover los contactos hacia y fuera de contacto entre sí y mantenerlos sujetos con firmeza cuando se juntan. En la figura 5-5 se ilustra un interruptor mecánico de acción directa para arranque.

Otro tipo de interruptor tiene una abrazadera elástica de dos piezas como parte de un conductor o contacto para hacer contacto firme, pero no se puede hacer un cierre o apertura rápidos. Este tipo de interruptor es el que suele haber en las cajas en la pared para cortar la corriente para las máquinas de un taller y también, en los interruptores magnéticos de arranque del tipo de botón en el piso. Magnéticos. Un interruptor magnético se cierra con un electroimán y se abre con un resorte. El electroimán sólo funciona cuando pasa corriente por su bobina de alambre delgado. Un interruptor magnético para trabajo pesado que cierra contactos grandes con suficiente fuerza, se puede excitar con un interruptor de botón que controla el paso de corriente en su devanado. Se ilustra un interruptor típico en la figura 5-6. Un interruptor de solenoide —o simplemente solenoide— es un interruptor magnético, pero la diferencia es que un solenoide abre y cierra un interruptor y acciona algún mecanis-

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mo, por ejemplo, mueve el piñón del impulsor de la marcha para acoplar con la cremallera del volante y, al mismo tiempo, permite el paso de corriente por la marcha. Los solenoides se describen más adelante en "Circuitos de arranque*. De mercurio. En este interruptor se utiliza una pequeña cápsula de vidrio, llena en forma parcial con mercurio, la cual tiene alambres en sus lados. El mercurio establece contacto entre ellos en una posición de la cápsula y se separa cuando está en la posición desconectada. Estos interruptores se deben instalar en determinada posición y no funcionarán bien cuando hay suficiente movimiento para chapotear el mercurio. Usted verá su empleo con mucha frecuencia en equipo pesado, sólo en máquinas de taller. Automáticos. Los interruptores automáticos pueden tener cualquier tipo de contacto. Funcionan por los cambios en las condiciones, ya sea para regular el funcionamiento o para dar la alarma de una falla. Por ejemplo, en el sistema de lubricación de un motor puede tener el indicador de presión o una luz de alarma conectados con un interruptor emisor de presión que se cierra con un resorte y se abre por la presión del aceite. Cuando se pone en marcha el motor, otro interruptor envía corriente al circuito. Si el motor funciona pero no hay presión de aceite, el interruptor se cerrará y se encenderá una luz de alarma en el tablero. Si se trata de un motor estacionario, se podría enviar la corriente a un solenoi-

Figura 5-6. Interruptor magnético.

de que produciría el paro del motor por falta de presión de aceite para evitar daños.

GENERACION DE ELECTRICIDAD Imanes. Un imán es una pieza de hierro o acero que atrae, a su vez, al hierro o al acero. Usted con toda seguridad conoce los imanes pequeños para levantar tachuelas y que se utilizan en algunos juguetes. Son imanes permanentes porque no pierden su fuerza. Sólo se pueden hacer con ciertos materiales magnéticos. Un campo eléctrico es un fenómeno eléctrico que se forma en el espacio alrededor de un imán o de un conductor cuando conduce corriente. Para formar el campo magnético alrededor del imán ponga limaduras de hierro muy finas en un papel grueso, ponga un imán debajo y déle unos golpecitos al papel. Las limaduras se adherirán al imán y producirán la configuración que se ilustra en la figura 5-7. Siempre hay un campo magnético alrededor de un imán permanente; sólo lo hay alrededor de un electroi-

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Figura 5-7. Campo magnético alrededor de un imán permanente.

man cuando se hace pasar la corriente de excitación por su bobina y su fuerza varía de acuerdo con la corriente. El electroimán consta de un núcleo de hierro blando u otro material adecuado en el cual está devanada una bobina de alambre de cobre aislado. Cuando pasa electricidad por la bobina, el hierro se convierte en un imán y su magnetismo aumenta en intensidad según sea la corriente que circula, la cual se llama corriente de excitación. Cuando se corta la corriente el núcleo, por lo general, se desmagnetiza. Generadores de cc. La electricidad se genera cuando se mueve un conductor a través de un campo eléctrico. En un generador normal de corriente continua (cc), el campo lo producen dos electroimanes llamados bobinas de campos. El conductor es una pieza que tiene devanados múltiples, llamada armadura, a la cual hace girar el motor cuando está en marcha dentro del campo magnético. Véase la figura 5—8.

La corriente que se genera con la rotación de la armadura se capta por medio de conductores de carbón llamados escobillas o carbones, que hacen un contacto ligero con la superficie de una prolongación de la armadura llamada conmutador o colector. En el alternador, que genera corriente alterna (ca), se emplea un devanado llamado rotor y un grupo de conductores estacionarios llamados estator. Con esta construcción, se hace llegar al rotor una corriente de baja intensidad a través de las escobillas y los anillos colectores (anillos rozantes). Cuando gira el rotor, se genera corriente alterna en el estator que, después, se rectifica a corriente continua mediante diodos rectificadores y pasa al regulador y al acumulador. La corriente para la marcha y las luces se toman del acumulador; para hacer funcionar malacates y ruedas motrices se envía directamente desde el generador o el alternador a los motores correspondientes. Con un control automático llamado regulador de voltaje se ajusta el régimen de carga del generador o alternador para restaurar la carga del acumulador o alimentar el sistema eléctrico. Al acabar de arrancar el motor, el amperímetro del vehículo o uno para pruebas, debe mostrar una carga intensa; una vez que se ha vuelto a cargar señalará poca o ninguna carga. Si el regulador de voltaje está deficiente y no reduce o interrumpe el régimen de carga, se puede calentar el generador de cc al grado de que se fundan algunas piezas y sean lanza-

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Figura 5-8. Generador de cc típico.

das contra la tapa de inspección en forma de gotitas de metal. El acumulador también se dañará con la sobrecarga. Casi todos los problemas con los generadores pequeños se deben a desgaste de escobillas y a cristalización en la superficie del conmutador. Hay que cambiar las escobillas cuando su longitud se reduce a 1/3 parte de la original. Si se gastan del todo y su parte metálica queda descubierta habrá mal funcionamiento del generador y es posible que se dañe el conmutador. La cristalización o brillo de espejo del conmutador se puede eliminar con papel de lija con

un trozo de madera mientras está girando. En el capítulo 22 se describe la polarización que se puede necesitar después de desconectar el acumulador o el alambrado del generador. Los alternadores nunca se polarizan.

ACUMULADOR El acumulador es el "corazón" del sistema eléctrico en casi todas las máquinas de construcción. Convierte la electricidad en energía química y la almacena hasta que se lo conecta con un circuito externo para que produzca electricidad. Casi todos los acu-

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Figura 5-9. Alternador típico. (Cortesía de Delco-Remy Div., General Motors.)

muladores en los vehículos y maquinaria son del tipo de plomo y ácido. Tienen una caja de caucho duro en la cual se monta una serie de placas negativas y positivas entrelazadas y que se llena con una solución de ácido sulfúrico y agua llamada electrolito. En la figura 5-10 se ilustra un acumulador normal de 12 volts, que ya es de uso general; todavía puede haber máquinas antiguas con acumulador de 6 volts y, en algunas, son de 24 volts o más. Los sistemas eléctricos en equipo de construcción suelen ser de 12, 24 o más volts, siempre en múltiplos de 12. En los sistemas con dos o más acumuladores, se emplean 12 volts para luces y accesorios y todo el alto voltaje para la marcha. Un acumulador de plomo-ácido sólo produce un poco más de dos volts por celda cuando tiene su carga total, sin que importen el tamaño del acumulador ni el número de placas. El

voltaje normal se obtiene al conectar las celdas y acumuladores en serie, o sea, positivo a negativo y a positivo. Dentro del acumulador esa conexión es por medio de conectores de celdas; cuando se utilizan dos o más acumuladores, se hace por medio de conductores externos. Cuando se desea mayor cantidad de corriente (amperaje) sin aumentar el voltaje, se conectan acumuladores del mismo voltaje en paralelo: positivo en positivo y negativo con negativo. Los acumuladores del tipo normal tienen tapones llenadores de celdas roscados o "corchos" de plástico sujetos con tiras de plástico en grupos de tres. Ambos tipos tienen un agujero de respiración para la salida de gases. Terminales. Un acumulador tiene dos terminales o postes. Las de tipo SAE o estándar son iguales para todas las marcas: un diámetro básico

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Figura 5-10. Corte seccional de un acumulador. (Cortesía de Gould Inc.)

de 5/8 in para la negativa, de 11/16 in para la positiva, y ambas tienen una conicidad de 1/16 in y una altura de ¾ in. La diferencia en el diámetro es para que no se hagan conexiones incorrectas por error. Los cables del acumulador se fijan en las terminales con abrazaderas que tienen tuercas. En algunos tipos de sistemas el cable negativo o de

tierra tiene aislamiento; en otros, puede ser un cincho de cobre trenzado desnudo. Algunos acumuladores tienen terminales laterales roscadas. Tienen la ventaja de que reducen las posibilidades de fugas de corriente o de cortos y quizá de menor corrosión. Se requieren cables con terminales especiales.

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Figura 5-11. Acción química en el acumulador. (Cortesía de Exide Automotive Div., Electric Storage Battery Co.)

Acción química. Cuando un acumulador está totalmente cargado, el material de las placas negativas es casi todo de plomo y, en las positivas, peróxido de plomo; el electrolito es una solución de ácido sulfúrico densa, con densidad relativa de 1.250 a 1.290; por lo general 1.265. Cuando está totalmente descargado, ambas placas son sulfato de plomo y el electrolito está débil, con una densidad relativa de más o menos 1.100, esto significa que es 10% más denso o pesado que el agua.

La capacidad del acumulador para recibir y producir corriente está en proporción con su tamaño, su espesor y número de placas. Son muy delgadas y están muy próximas entre sí. Para que no se toquen hay separadores de caucho poroso, plástico o fibra de vidrio entre ellas. La potencia de un acumulador se altera con la temperatura. Producirá casi 100% de su potencia para arrancar un motor a 80°F, un 65% a 32°F y 40% a 0°F, o sea, cuando más se necesita la potencia, ésta es más baja. Un acumulador que no está en uso pierde su carga en forma gradual. La pérdida aumenta con las temperaturas altas. Si se deja que un acumulador permanezca con carga baja o parcial, es posible que se formen cristales duros de sulfato de plomo en las placas, que no se desintegrarán al volver a cargarlo, con lo cual se perderá capacidad. Se dice que ese acumulador está sulfatado y suele ser un daño irreparable. Debido a la pérdida de carga y al deterioro interno de los acumuladores cuando están almacenados, los fabricantes entregan al distribuidor acumuladores cargados en seco y el electrolito en un recipiente separado; es peligroso y se debe manejar con mucho cuidado. Cuando se vende el acumulador, se le pone el electrolito para que empiece la acción electroquímica y, en algunos casos, se les aplica una carga rápida de 30 amperes hasta que el electrolito llega a una densidad específica de 1.250. También puede ocurrir que se descargue el acumulador cuando se for-

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Figura 5-12A. Tapones de celda con respiradero. (Cortesía de Gould Inc.)

ma corrosión en el exterior de la caja, en particular en la tapa. Hay que limpiarla ocasionalmente con agua. Uno de los efectos de la carga es que el agua se descompone y se forman oxígeno e hidrógeno, que salen por los agujeros de respiración en los tapones y pueden explotar con una llama o una chispa. También se pierde algo de agua en las burbujas de gas durante la carga rápida y por evaporación en clima cálido. Se debe poner agua destilada o desmineralizada con la frecuencia necesaria para que el nivel del electrolito esté por encima de las placas. No se debe poner agua al final del turno en tiempo de frío y dejar parada la máquina, porque se congelará y romperá la caja, cuando la ponga, hágalo de modo que el motor funcione unos 30 minutos para que se mezcle bien con el electrolito. Un acumulador con carga total, por lo general, no se congelará hasta una temperatura de -70°F, pero si está descargado se congelará a 19°F. Pruebas. El cambio en la densidad relativa del electrolito según el estado de carga permite probar el acumulador con un densímetro. Es un tubo de vidrio con una pera para poder succionar una muestra del

Figura 5-12B. Conector para terminal lateral. (Cortesía de Gould Inc.)

electrolito y un flotador que señala la densidad relativa. El electrolito debe estar a 80°F para tener la lectura correcta. Los densímetros suelen incluir un termómetro. La corrección por temperatura es de 0.004 puntos de densidad por cada 10°F de variación en la temperatura. Hay que sumar la diferencia a temperatura más altas o restarla a temperatura más baja. Si una celda tiene una lectura más baja que las otras, es probable que esté dañada y el acumulador ya no pueda funcionar. Un consumo excesivo de agua, por lo general, es señal de sobrecarga. El ácido sulfúrico del electrolito puede producirle serias quemaduras y disuelve las telas y el papel. Si le cae en la ropa o en la piel lávela de inmediato con agua abundante y una solución que contenga algún álcali. Existen en el mercado diversos tipos de probadores de acumuladores bajo carga. Sirven para medir el voltaje que producirá el acumulador durante 15 segundos con la carga normal al arranque. Si el voltaje es de 9.6

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Figura 5-13. Densímetro para acumuladores. (Cortesía de Euclid Inc.)

volts o mayor, el acumulador está bueno. Libres de mantenimiento (sellados). Desde hace muchos años, se han reforzado las placas de los acumuladores con una aleación de plomo y antimonio, aunque este metal aumenta el consumo de agua, la producción de gas y la pérdida de carga cuando el acumulador no está en uso. El descubrimiento y desarrollo de la forma de sustituir el antimonio por calcio hicieron posible la fabricación de los acumuladores libres de mantenimiento o sellados, que pesan me-

nos. La pérdida de agua se ha reducido en un 80%, aparte de que no hay tapones de celdas que permitan fugas y por lo general, es difícil cargarlos; además tienen mayor capacidad de electrolito. En estos acumuladores no se necesita agregar agua a intervalos. En algunos, los tapones de celda están protegidos con tapas para reducir la corrosión o no se utilizan. Además, su duración en almacén se ha prolongado de unos cuantos meses a más de un año sin que pierdan la carga. Las desventajas aparentes es que no se puede medir la densidad pero tienen un indicador de estado de carga; también pueden ser del tipo de terminales roscadas y su precio es más alto. En el equipo pesado, por lo general, todavía se utilizan los acumuladores normales con tapones de celdas para ponerles agua y para poder comprobar el nivel y densidad del electrólito cada seis meses a fin de determinar las condiciones. Soportes. El acumulador debe estar bien sujeto para que no salte ni vibre dentro de su charola; si el marco de soporte es del tipo con abrazaderas no se deben apretar en exceso porque romperán la caja. Desmontaje. En todo taller deberían tener un cargador de acumuladores. Si la máquina está en el taller se puede cargar el acumulador sin desmontarlo. Si está en el campo, lo más probable es que se necesitará desmontar el acumulador y llevarlo al taller.

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Salvo que se haya desmontado o limpiado a conciencia poco tiempo antes, será una tarea sucia desmontar el acumulador debido a la corrosión. En particular, las terminales corroídas de los cables se pegan en los postes y no se puede aplicar mucha fuerza de tracción, para girar o para hacer palanca, pues es fácil dañar el acumulador ya que se aflojará e incluso se desprenderá el poste de la caja. Con cuidado y un poco de paciencia, las puede desconectar sin problema, pero en esta situación las herramientas pequeñas y sencillas le ahorrarán tiempo y un disgusto. Primero, necesita pinzas para acumulador para agarrar bien las tuercas de las abrazaderas, estén o no corroídas. Luego, para levantar la abrazadera utilice un extractor de engranes muy pequeño. Para limpiar la corrosión del poste y la terminal y hacer una buena instalación, utilice el cepillo de acero para interiores y exteriores que se ilustra. Antes de sacar un acumulador, determine y observe cuál es el cable negativo para volver a instalarlo en la misma posición. También lo puede comprobar con el amperímetro; si enciende las luces señalará descarga. En algunos componentes eléctricos, como las luces, no importa la polaridad (sentido de flujo de la corriente), pero en otros debe ser la correcta. Si las abrazaderas de las terminales son de diferentes tamaños, la más grande se conecta en el poste positivo. Para evitar producir chispas con las herramientas, el cable negativo es el primero que se desconecta y el último que se conecta cuando se des-

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Figura 5-14A. Prueba de conexiones del acumulador.

monta e instala el acumulador. También hay que desconectarlo (si así lo especifica el fabricante de la máquina) al hacer algún trabajo en el sistema eléctrico o sus inmediaciones para que no se produzcan cortocircuitos dañinos. Conexiones. Algunas veces encontrará que el acumulador está bien conectado pero no hay corriente en el circuito. La marcha puede estar muerta por completo, las luces pueden perder intensidad y apagarse por completo al accionar la marcha y el solenoide puede producir chasquidos pero sin resultado. La causa más común de esas dificultades es una capa delgada, casi invisible, de corrosión que actúa como aislante al grado de interrumpir el paso de la corriente. Si se ven burbujas alrededor de uno de los postes cuando trata de hacer funcionar la marcha, ésa es la conexión mala. Si no las hay, habrá que hacerle "al detective" para encontrar la dificultad.

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Figura 5-14B. Herramientas para acumuladores.

Para ello, raspe los postes y terminales hasta dejar puntos brillantes para tener la seguridad de que habrá buen contacto. Utilice cualquier cable de acumulador viejo o un tramo de cable aislado grueso como puente ("brincador"). Toque primero ambos postes (Fig. 5—14A). Si el acumulador está bueno debe saltar una chispa fuerte. Luego, conecte entre sí las dos terminales (B, Fig. 5—14A); si todavía salta una chispa fuerte, el problema está en otro lugar del sistema. Si las dos terminales no producen chispa, trate de conectar la terminal positiva con el poste negativo con el cable puente como se muestra en C). Si ahora hay buena chispa, el problema está en la terminal negativa. Si no la hay pero sí se produce al conectar la terminal negativa con el poste negativo, la terminal positiva está mala. Si en C) o en D) no se produce chispa, es probable que ambas terminales estén corroídas. Para corregir una terminal corroída, se afloja, desconecta y limpia. Si no tiene el cepillo especial, utilice un cepillo de alambre en el poste o raspe ambas piezas con una cuchilla. Apli-

que petrolato o grasa delgada, coloque la terminal en el poste y apriétela. Si el perno y las tuercas están en malas condiciones, es un buen momento para cambiarlos. A veces se encuentran dificultades por una mala conexión a tierra. Para probarlo trate de hacer funcionar la marcha mientras hace una conexión con un puente entre el poste o terminal negativos del acumulador y el cable o cincho de tierra y el bastidor o el motor. Si se produce una buena chispa y funciona la marcha, ahí estaba la falla. Desconecte el cable negativo en la conexión de tierra, limpíelo, aplíquele petrolato y vuelva a conectarlo. Cables auxiliares. Si hay que arrancar el motor de una máquina que tiene muerto el acumulador, ya sea porque lo encontró así o usted lo descargó por accidente, el método más rápido es utilizar cables auxiliares conectados con otro acumulador del mismo voltaje. Los cables auxiliares tienen aislamiento grueso y broches de "cocodrilo" en cada extremo; el positivo es rojo y el negativo es negro.

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Figura 5-14C. Acumulador libre de mantenimiento. (Cortesía de Gould Inc.)

Si la máquina tiene acumulador de 12 volts, puede utilizar un acumulador de reserva que esté bueno, o bien, conectar los cables en el acumulador de 12 volts de otro vehículo. Si la máquina averiada tiene alternador, consulte el manual de taller antes de conectar los cables. Por lo general, no hay que desconectar cables porque los broches de los auxiliares se pueden colocar en las terminales de los cables del acumulador. Siempre que sea posible, el cable negativo se debe conectar en el bloque del motor o en el bastidor y no en el acumulador. La conexión en una terminal roscada puede ser difícil. En el acumulador de la figura 5-12B y en otros, se quita la tapa de plástico de la termi-

nal y se conecta el cable auxiliar en la tuerca hexagonal. Para hacer la conexión en paralelo, se conectan positivo con positivo y negativo con negativo. Primero, conecte ambos cables en el acumulador muerto; conecte el auxiliar positivo en el acumulador auxiliar y, por último, conecte el cable negativo en el acumulador auxiliar. Con esta secuencia se reduce al mínimo el peligro de un cortocircuito. Ponga en marcha el motor del vehículo auxiliar y téngalo algo acelerado para que haya suficiente corriente y no correr el riesgo de descargar el acumulador auxiliar. Arranque el motor de la máquina averiada en la forma usual. Tan pronto arranque, desconecte los cables au-

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de celdas antes de hacer cualquier trabajo en las conexiones. Los cables auxiliares muy viejos o dañados se pueden calentar al usarlos lo suficiente para fundir el aislamiento. No los toque mientras esté funcionando la marcha.

CIRCUITO DE ARRANQUE En la figura 5—16 se muestra un diagrama simplificado de dos circuitos para el arranque y las luces. La conexión a tierra se suele señalar con algún símbolo, pero nosotros hemos utilizado líneas discontinuas para la trayectoria del retorno por tierra. Interruptor directo. Este inte-

Figura 5-15. Cables auxiliares.

xiliares a la inversa de como los conectó. Si la máquina averiada necesita un voltaje más alto para la marcha, utilice cables auxiliares adicionales para conectar acumuladores en serie, o sea, el negativo de uno con el positivo de otro. Con dos acumuladores de 12 volts se tendrán 24 volts para la marcha. Precauciones. Cuando el acumulador recibe carga, se desprende una mezcla explosiva de hidrógeno y oxígeno por los respiraderos de los tapones de la celda. Una chispa los puede hacer explotar y causar serios daños. Siempre ponga una tela gruesa (un trapo grueso sirve) sobre los tapones

rruptor es de acción directa, tiene que ser de construcción fuerte y, quizá, en algunas máquinas puede ser un botón o pedal de arranque. Si la marcha no funcionó y si el acumulador y las conexiones están buenas, para probar este interruptor se puede utilizar un cable puente e incluso una pinza para conectar sus terminales y poner el interruptor en cortocircuito, mientras se oprime el botón o pedal en el piso. Si se producen chispas o si ahora funciona la marcha, el interruptor está deficiente. El problema más común son los contactos quemados. Si se puede desarmar el interruptor, pula los contactos de cobre con lija o una lima hasta que queden lisos y brillantes. Compruebe que hacen buen contacto entre sí y vea si hay piezas dobladas, resortes rotos u otras deficiencias. Elimine el polvo con aire comprimido.

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Figura 5-16. Circuitos de arranque y luces.

Cuando se conecta el interruptor, el varillaje interno en la marcha puede mover la palanca de cambios para acoplar el piñón del impulsor con la cremallera, un instante antes de que se establezca el contacto total. Si hay alguna falla en el impulsor se puede notar por la diferencia en el movimiento del botón o pedal. Solenoide. El interruptor directo que se acaba de describir prácticamente ha desaparecido por los inconvenientes de que se necesitaban contactos muy grandes y mucha fuerza en el botón o pedal para hacer funcionar la marcha. En la actualidad, se utilizan solenoides que son un interruptor electromagnético para la marcha. En la figura 5-17 se ilustran los componentes de un solenoide de arranque y en la figura 5-18 aparece un diagrama simplificado de sus conexiones. La corriente del acumulador pasa por un alambre delgado a través del amperímetro del tablero, el alambre de control del solenoide, el interruptor de arranque y sale a tierra. La corriente sólo puede circular cuando se acciona el interruptor de

arranque (que puede ser un botón en el tablero o un circuito adicional en el interruptor de encendido) para que pase corriente por el circuito. El solenoide se excita con la corriente y se cierran sus contactos para que la corriente del acumulador que llega por cables gruesos pueda pasar por los contactos cerrados y llegar a la marcha (motor de arranque). El solenoide se mantiene abierto con un resorte y sólo se cierran los contactos cuando recibe corriente del interruptor de arranque. Si sólo se oye un chasquido cuando se acciona el interruptor de arranque, indica que pasa suficiente corriente por los devanados para tratar de cerrar los contactos del solenoide, pero no es bastante para que se cierren. O quizá la corriente es suficiente pero el solenoide está deficiente. Si no hay chasquidos, hay que probar el circuito. Primero, con un destornillador (desarmador) ponga a tierra el punto A) con la cubierta. Si con esto gira la marcha, la dificultad está en el interruptor de arranque o sus alambres. Si no gira y no se producen chispas al hacer tierra, pero se produce la chis-

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Figura 5-17. Solenoide de arranque.

pa al poner a tierra el punto B), hay una abertura en un devanado del solenoide. Ahora, ponga un alambre puente grueso en los postes C) y D). Si con ello gira la marcha, es que los contactos del solenoide no se cierran y tiene alguna deficiencia. Si no logra ningún resultado y ha probado el acumulador y las conexiones, el problema está en la marcha (motor de arranque). Algunos solenoides se pueden desarmar hasta cierto punto, para limpiar, lijar, ajustar y volver a armar, pero casi todos son unidades integradas que no se pueden reparar. Este solenoide, a veces, se puede corregir si lo pone de lado en el banco y le da unos golpecitos o lo sopla con aire comprimido, pues pueden tener polvo fino que impida el contacto.

El solenoide de arranque sirve para suministrar corriente para la marcha y, a la vez, mueve la palanca de cambios para acoplar el piñón con la cremallera del volante. Complicaciones. Sólo se han descrito pruebas sencillas. Puede haber numerosas complicaciones y tendrá que utilizar los manuales de taller y su criterio para eliminarlas. Por ejemplo, el interruptor de arranque puede estar conectado en el circuito de corriente y hay que poner a tierra el poste o terminal opuesto para probar los devanados del solenoide. Los solenoides suelen tener dos devanados: uno para mover la palanca de cambios y acoplar el piñón de la marcha y el otro para conectar la alta corriente con la marcha. A veces se utilizan relevadores ("relays") que

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Figura 5-18. Circuito del solenoide.

son más pequeños cuando el interruptor de arranque está conectado en el lado con corriente, a fin de tener una conexión directa con un alambre desde el acumulador hasta el solenoide. Pruébelo en la misma forma que el solenoide, o bien, haga una conexión temporal entre el interruptor de arranque y el lado de corriente del solenoide. En los automóviles, camiones y en muchas máquinas de construcción se utiliza un interruptor de seguridad en neutral, para que no funcione la marcha excepto que la palanca selectora de la transmisión esté en neutral. Encontrará el empleo de este interruptor con todas las transmisiones automáticas y en muchos tractores sobre ruedas. Usted puede recibir una llamada de urgencia de un operador porque la marcha no funciona, cuando en realidad, no ha puesto la

transmisión en neutral (o en "P" en los automóviles y algunos camiones). A veces el interruptor de neutral no hace buen contacto eléctrico, y en otras, el varillaje puede estar desajustado o dañado. Para probarlo, ponga un puente entre las dos terminales y si con ello funciona la marcha, el interruptor de neutral está deficiente. Hay interruptores de neutral controlados por el interruptor de encendido, la palanca de corte de combustible en los motores diesel, o por el interruptor de paro de urgencia por baja presión de aceite. En serie-paralelo. Las luces, los instrumentos del tablero, el circuito primario del encendido y otros circuitos de trabajo ligero son de 12 volts, para evitar problemas excesivos por cortocircuitos y para no tener que comprar lámparas y otras piezas, difíciles de conseguir, para otros volta-

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Figura 5-19. Marcha (motor de arranque).

jes. Sin embargo, la marcha en motores muy grandes es de 24 volts en vez de 12, para tener mayor eficiencia. Un circuito en serie-paralelo permite emplear alternador de 12 volts y dos acumuladores de 12 volts para suministrar 12 volts al sistema eléctrico y 24 volts para la marcha. En este sistema, los acumuladores están conectados en paralelo para funcionamiento normal, y toda la corriente es de 12 volts. Pero, cuando se acciona el interruptor de arranque, se excita otro interruptor que interrumpe el circuito en paralelo y abre un circuito en serie para enviar 24 volts con el solenoide a la marcha. El resto del sistema eléctrico sigue con 12 volts. Los componentes y el alambrado son un tanto complicados para describirlos, pero los puede localizar y seguir en el vehículo o máquina si tiene en cuenta que hay dos voltajes.

Marcha (motor de arranque). La marcha consta del motor de arranque en sí, el impulsor y la cubierta. Además, casi siempre el solenoide u otro interruptor de arranque están montados en la cubierta de la marcha. Hay un cincho de tapa que se puede quitar con facilidad para inspeccionar el conmutador y las escobillas. Si el conmutador está cristalizado o sucio se puede limpiar con una tira de papel de lija del No. 00 (muy fina). NUNCA utilice tela de esmeril pues los residuos producirán un cortocircuito en la marcha. Sujete el papel de lija con un trozo de madera contra el conmutador mientras gira la marcha; esto sólo requiere unos cuantos segundos. Sople todo el polvo con aire comprimido. Las escobillas se deben cambiar cuando están gastadas más o menos a la mitad de su longitud original.

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Aveces, la marcha tiene un "punto muerto" en el cual no empieza a girar; hay que repararla de inmediato. Pero, en caso de urgencia, se puede quitar el cincho de tapa y emplear alguna herramienta pequeña para hacer girar con cuidado el conmutador y la armadura hacia una nueva posición en donde haga contacto. Piñón trabado. Si la marcha está floja o mal colocada en su punto de montaje, el impulsor tiene un cojinete deficiente o el piñón gastado o picado o si la cremallera del volante tiene dientes gastados o rotos, el piñón se trabará en la cremallera y será imposible hacer girar la marcha o el volante. Esta situación puede parecer acumulador muerto o malas conexiones, pues al accionar el interruptor de arranque el único efecto es el calentamiento de la marcha y los cables y descarga del acumulador. Para hacer una prueba, trate de hacer girar el cigüeñal con la banda del ventilador o de hacer la marcha, si es del tipo que tiene una tuerca externa para colocar el "eran" (manivela). A veces, en un vehículo o máquina con transmisión mecánica se puede destrabar el piñón si se remolca, con mucha precaución, con la transmisión en una "velocidad" para hacer girar el volante y el piñón. Para ello, se puede remolcar hacia el frente con la transmisión en reversa o hacia atrás en segunda. Mantenga desacoplado el embrague hasta que empiece a rodar la máquina y acóplelo con rapidez. Haga todo con mucho cuidado porque el motor puede arran-

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car en forma repentina y puede haber una colisión entre los dos vehículos. Si no es fácil remolcar, afloje los pernos de montaje de la marcha y muévala hasta que se destrabe el piñón. De preferencia desmonte la marcha para revisar los dientes del piñón y del volante. A veces el problema no está en la marcha o el piñón, pero el cigüeñal no gira porque la bomba del agua está trabada con hielo, hay una biela rota, un pistón o un cojinete pegados u otra dificultad grave. Téngalo presente. Empujar para arrancar. La marcha (motor de arranque) es un aparato para hacer girar el cigüeñal del motor hasta que arranca. Si la marcha no funciona, se puede empujar el vehículo con la transmisión "en velocidad" para que arranque el motor. Con excepción de los camiones, tractores y otras máquinas que tienen acoplamiento fluido o convertidor sin embrague de cierre, se los puede empujar para arrancar el motor. En ocasiones el arranque puede ser más fácil si se empuja con el uso de la marcha. Si se pone la transmisión en una reducción baja, se necesita más fuerza para empujar y buena tracción para que el vehículo empiece a moverse; al acoplar el embrague, el cigüeñal girará a más velocidad y el arranque será más fácil. Si se pone la transmisión en directa, entonces al acoplar el embrague el cigüeñal girará con lentitud y quizá no arranque el motor. En cualquiera de los casos, cuando se empuja, una vez que el vehículo adquiere suficiente veloci-

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Figura 5-20. Alambre puente (brincador) para pruebas.

dad, se acopla el embrague con rapidez y se acelera el motor para que no se vuelva a parar. Si suele ser difícil el arranque de una máquina con transmisión mecánica, se debe estacionar en un sitio en donde sea fácil empujarla, en especial cuando hace mucho frío. Para arrancar algunas excavadoras, se tira (jala) de la pluma o aguilón en círculo y se acopla el embrague de giro correspondiente. Hay que tener cuidado de no torcer o dañar la pluma. Los fabricantes prohíben remolcar máquinas con transmisión automática o de cambios bajo potencia para arrancar el motor. Tampoco permiten, por lo general, empujarlas para el arranque. Consulte el manual de taller.

DIAGNÓSTICO DE DIFICULTADES Se encontrará que la mayor parte de las dificultades eléctricas en el equipo pesado están en el acumulador y sus conexiones, que se pueden probar como se describió. Sin embargo, cualquier parte del sistema puede ocasionar una dificultad.

Luz de prueba. Es muy conveniente tener una luz de prueba para verificar los circuitos. Puede hacer una en el taller, pero es mejor comprarla. La luz parece un destornillador grande que tiene una punta en lugar de hoja. En el mango transparente hay una lámpara (foco) del voltaje requerido. El otro contacto es un alambre largo, aislado con un broche de cocodrilo en la punta, que se sujeta en otro punto en el circuito, o bien, se le puede poner un clavo para poder "rascar" una terminal dudosa. Se conecta el broche en un lado de un circuito y se tocan diversos lugares con la punta. Si el broche está conectado a tierra, se encenderá la luz como indicación de que hay corriente. También hay luces de prueba pequeñas con pila, para probar radios, que tienen dos alambres cortos y dos puntas de contacto. Con ellas, hay que trabajar en la semioscuridad porque la luz es muy tenue. Cuando ocurre una falla en algún componente eléctrico que no sea en el acumulador, lo más probable es que haya fallado un componente, tal como una bombilla (foco), elemento calentador, motor eléctrico, etc., o el circuito que lo alimenta con corriente. Si hay una bombilla que no enciende y no se nota que el filamento esté fundido, conecte un lado de la luz de prueba a tierra y toque el contacto en el fondo del enchufe ("socket") con la punta de prueba. Si se enciende la luz de prueba, el circuito está bueno y la bombilla está fundida. Si la luz de prueba no enciende aunque esté bien

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conectada, hay un problema en el circuito. Por supuesto, para estas pruebas el circuito debe recibir corriente. Si un motor eléctrico no gira, conecte la luz de prueba en sus contactos o si tiene un solo conductor, en su conexión y en la carcasa u otra buena tierra. Si se enciende la luz, hay corriente en el circuito y el problema está en el motor. Alambre puente (brincador). La luz de prueba se puede emplear para probar cualquier parte del circuito; para los interruptores y conexiones es más conveniente emplear el alambre puente. Aunque se pueden comprar completos, se puede hacer con un tramo de alambre aislado grueso, de calibre 14 o mayor, con los extremos desforrados para poder soldarles puntas o broches de cocodrilo. Un alambre de un pie de longitud suele ser suficiente, pero a veces se necesitan dos a cuatro pies. El alambre se puede enrollar para que no estorbe ni toque otro componente. A veces habrá que usar un alambre más chico en donde hay poco espacio; pero, debe ser aislado, excepto en las puntas, por su propia seguridad y para evitar chispas o daños a otros conductores si los toca accidentalmente. Si una bombilla no enciende y el enchufe no tiene corriente, ponga las dos puntas del alambre en la terminales del interruptor. Si tiene una sola terminal, ponga una punta en ella y la otra a tierra, a fin de establecer un circuito sin el interruptor. Si llega corriente al interruptor y si la

Figura 5-21. Olvidó desconectar el cable negativo.

bombilla y el enchufe están buenos, se encenderá la bombilla. Para probar cualquier circuito, sostenga una punta del alambre puente contra una conexión y frote con suavidad la otra punta del alambre para hacer tierra. Si hay corriente, saltarán chispas. El alambre puente también se puede emplear para pasar corriente desde el acumulador a una pieza funcional y en muchas otras formas y se puede emplear muchas veces en lugar de un destornillador para probar conexiones. Una pinza también puede servir como puente alrededor de un interruptor, pero que hay que emplear esas herramientas con cuidado en los sistemas de 12 volts o más. Para probar los circuitos para la marcha y otros de alto amperaje se necesitan alambres puentes con cable grueso y broches para trabajo pesado. Peligros. La electricidad requiere cuidado para trabajar pues es peligrosa. Un descuido le puede producir una quemadura, una descarga e incluso matarlo. Puede dañar las

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herramientas, quemar alambres y cables e iniciar incendios. Pero si comprende el modo en que actúa, tome las debidas precauciones y trabaje sin apresuramientos, lo podrá hacer con seguridad. Usted puede sufrir una quemadura si toca partes de un sistema que estén sobrecalentadas o si utiliza una herramienta en un circuito de alto amperaje que la calentará. Las chispas pueden arrancarle un pedazo a la herramienta o calentarla al grado de que pierda el temple. Las descargas o "toques" cuya intensidad puede ser para producirle un cosquilleo en un dedo o una sacudida que lo puede lesionar e incluso matarlo, ocurren cuando su cuerpo forma parte de un circuito. Si permite que pase demasiada corriente por un circuito, si lo conecta o lo pone en cortocircuito de modo que se reduzca su resistencia, los conductores e interruptores se pueden quemar y habrá que cambiarlos. El calor puede inflamar el aislamiento o los depósitos aceitosos. Todos los peligros aumentan en proporción con el voltaje y el amperaje. En los antiguos sistema de 6 volts quizá se queme el alambrado, pero, en general, no ocurrirán daños mayores. Una corriente de 24 volts puede quemar las herramientas y producir descargas muy severas. La corriente normal de 110 volts puede ser mortal. La corriente de 220 volts que se utiliza en muchos talleres es aún más peligrosa. Los altísimos voltajes en las líneas de transmisión son tan peligrosos que ni el aislamiento es suficiente protección, por lo que nunca

deben tocarlos y es necesario mantener el cuerpo y las máquinas alejados de ellas. Para que los altos voltajes sean peligrosos, deben ser de cierto amperaje. Una bujía recibe entre 10 000 y 30 000 volts, y sólo le dará un "toque" más o menos fuerte pero sin peligro, porque la corriente es en miliamperes. En casi todos los sistemas con acumuladores hay un paso de corriente intensa durante un tiempo corto y, por tanto, sin que importe el voltaje, es suficiente para producir lesiones o causar daños. Para voltajes de 220 o menores, se puede lograr una protección considerable con guantes de caucho (hule) gruesos y con mangos de plástico en los destornilladores. El peligro se multiplica muchas veces cuando los cables están húmedos y conducen cargas peligrosas, también cuando la piel, la ropa y el calzado están húmedos y hacen de la persona un buen conductor. Recuerde que una carga eléctrica no lo lastimará salvo que pase por alguna parte de su cuerpo. Para que le ocurra algún daño, hay que tener el cuerpo en contacto con un conductor o una pieza que tenga corriente y con tierra. Los zapatos secos son buenos aisladores del voltaje, en especial los de suela de caucho; pero, cuando se mojan se vuelven conductores y su cuerpo queda conectado a tierra al tocar la máquina. Antes de hacer cualquier trabajo en un sistema eléctrico o si las herramientas pueden producir cortocircuitos, desconecte siempre el cable negativo del acumulador.

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Figura 5-22. Motor con reductor para malacates. (Cortesía de WABCO.)

PROPULSIÓN ELÉCTRICA Accesorios. En casi todos los vehículos se utilizan motor de arranque eléctrico y también motores pequeños para accesorios, como el ventilador del calefactor y los limpiadores de parabrisas. Estos circuitos se alimentan con el acumulador y éste se mantiene cargado con el alternador. En el equipo de construcción, la propulsión eléctrica puede incluir los motores de tracción, mecanismo de dirección, malacates para cables y otros componentes. La corriente, por lo general, se envía directamente desde el generador hasta el componente, pues los acumuladores no pueden suministrar toda la necesaria. En el equipo de construcción se puede emplear corriente alterna (ca) o corriente continua (cc). Los motores de ca, por lo general, funcionan a una velocidad fija y se pueden dañar por caídas de voltaje o cuando la carga los hace perder velocidad. Los motores de cc funcionan en un amplio interva-

lo de velocidades, según sean el voltaje y la carga y no se dañan con facilidad cuando la carga les hace perder velocidad. En la figura 5-22 se ilustra un motor de ca de construcción especial, con un reductor de engranes integrales que se utilizó en los malacates paira escrepas y bulldozers controlados por cables. Una señal automática de retroalimentación aumenta el régimen del generador cuando se aplica carga al motor, con lo cual se aumenta la torsión (par) y no hay pérdida de velocidad con las cargas que suelen haber en este tipo de servicio. El motor está protegido contra sobrecargas con disyuntores automáticos. Tiene un freno con resortes que se puede aplicar cuando se interrumpe la corriente. Toda la unidad está protegida contra la intemperie. Se dice que este motor puede acelerar después del arranque y hasta su velocidad máxima de 180 rpm en Vs de segundo y es del tipo que se pue-

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Figura 5-23. "Rueda eléctrica". (Cortesía de WABCO)

den invertir para aplicar potencia en el sentido opuesto, en ¼ de segundo. Esos motores se utilizan en el punto en que se aplica la potencia y se utiliza cableado eléctrico en vez de ejes propulsores y conductores de otro tipo. Diesel-eléctrica. En este tipo de propulsión toda o gran parte de la potencia del motor diesel hace girar un generador que alimenta los motores que hacen funcionar la máquina. La propulsión diesel-eléctrica se emplea en locomotoras (también las hay eléctricas), en excavadoras de tamaño mediano para canteras y, a veces, se encuentra en escrepas, camiones para fuera de carretera y aplanadoras muy grandes.

Eléctrica. La energía para los motores eléctricos se puede obtener con cables subterráneos o con líneas aéreas conectados con una fuente estacionaria de corriente. Puede ser una línea aérea de transmisión, el suministro normal para una industria o un generador con motor diesel. La propulsión eléctrica es sencilla y silenciosa, por supuesto, no hay problemas con combustibles. Se necesita cuando la potencia requerida por las máquinas es mayor de la que se puede obtener con un motor diesel montado en la máquina y es deseable en muchas otras condiciones. Una máquina se puede construir de modo que funcione con su propio sistema diesel-eléctrico o con suministro externo de corriente.

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"Rueda eléctrica". Este mecanismo de propulsión está integrado e incluye un motor de cc de 40 a 400 hp, engranes de reducción, una rueda con rin de base ancha y un neumático sin cámara. En la figura 5-23 se presenta una vista en corte. La caja de engranes estacionaria está montada con pernos en el extremo externo de un eje muerto y el anillo polar del motor está atornillado en ella. La armadura está conectada por engranes para impulsar el eje del engrane primario de reducción, que impulsa un tren de planetarios múltiples que están dentro de una cubierta estacionaria. Los planetarios grandes hacen girar ejes cortos en que están montados planetarios más pequeños acoplados con un engrane o corona atornillada en la caja de engranes giratoria que constituye la rueda motriz del vehículo. El freno de discos múltiples está montado en una extensión interna del eje de la armadura; se aplica por resortes y se suelta con un electroimán. Se aplica en forma automática cuando no hay corriente en el circuito del freno porque el controlador esté en la posición desconectada o por una interrupción total de la corriente. El motor de la rueda también actúa como generador en las bajadas y produce el llamado frenaje eléctrico regenerativo que puede ser automático o de control manual y es suficiente para reducir la velocidad del vehículo en las bajadas y para detenerlo en el funcionamiento normal. El freno de discos se emplea para casos de urgencia o para estacionar el vehículo.

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El motor diesel o la turbina de gas del vehículo impulsan un generador, o bien, se pueden emplear líneas aéreas. Algunas máquinas pueden funcionar con su generador o con las líneas aéreas para máxima eficiencia. La propulsión puede ser en todas las ruedas o sólo en dos. La corriente se controla con interruptores y reóstatos de mano. Debido a que los motores son reversibles, se logra la misma potencia para avance que en reversa (marcha atrás) y el asiento del operador puede ser giratorio a fin de que mire en el sentido en que se mueve. Hoy día, la principal aplicación de la rueda eléctrica en la construcción es en camiones gigantes para fuera de carretera.

PALAS ELÉCTRICAS Las palas o excavadoras eléctricas son un buen ejemplo de la aplicación de la electricidad en equipo pesado para construcción. Eléctricas y diesel-eléctricas. Todas las excavadoras y retroexcavadoras eléctricas funcionan con ca trifásica suministrada entre 2000 y 6000 volts desde las líneas aéreas de transmisión o desde equipos generadores en el sitio de trabajo. Las máquinas eléctricas se emplean en lugar de motores de combustión interna, embragues, frenos, controles mecánicos; a la vez se eliminan algunos de los engranes, cadenas y cables por lo cual su construcción es muy diferente de la de una excavadora con un motor de gasolina o diesel.

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Una excavadora diesel-eléctrica tiene motor y generador para alimentar los motores y controles eléctricos que efectúan todas las funciones. Una máquina semieléctrica tiene motor diesel con transmisión mecánica para algunos componentes y eléctrica para otros. En una máquina totalmente mecánica se pueden emplear embragues eléctricos para el giro u oscilación. En las excavadoras para la industria de la construcción, las propulsiones eléctrica y diesel-eléctrica se emplearon primero en las de 3 y 4 yd y son estándar en máquinas muy grandes. Hasta las excavadoras y grúas pequeñas pueden ser eléctricas si trabajan en minas o en patios y no necesitan moverse mucho de un lugar a otro. La electricidad, en muchos aspectos, es ideal para las excavadoras. Debido a que permite tener mucha potencia en un motor más o menos pequeño, los motores se pueden instalar con el fin de eliminar complejos trenes de engranes y transmisiones por cadenas; no hay motor de combustión interna que requiera combustible y mantenimiento; no hay ningún problema con gases de escape en lugares cerrados o en las minas y el funcionamiento es suave y silencioso. Los controles son muy sencillos para accionarlos. Sin embargo, el costo inicial es más alto, en particular en máquinas pequeñas y en las de cualquier tamaño la necesidad de estar cerca de una fuente de corriente y el empleo de cables y conexiones pueden entorpecer mucho el trabajo. También se susci-

Figura 5-24. Diagrama de bloques del sistema Ward-Leonard Doble.

tan problemas técnicos en la conducción de una coriente de alto amperaje y voltaje a la sección giratoria y para controlarla y distribuirla. La diesel-eléctrica produce su propia potencia y tiene la suavidad y parte de la sencillez de la propulsión eléctrica. Los aspectos del combustible, mantenimiento y ruido del motor son más o menos iguales que con propulsión mecánica. Línea aérea. La línea aérea de transmisión elevada, a menudo se tiende en postes portátiles o temporales hasta muy cerca de la máquina y, luego, por el suelo, con un cable flexible blindado y aislado, hasta una caja de terminales en el tren de rodaje o bastidor inferior. Un colector de alto voltaje de tipo anular está colocado en la base del eje vertical para tracción. Puede constar de tres pares de anillos en una caja hermética llena con aceite. Un anillo de cada par es estacionario y está conectado con uno de los tres cables de entrada; el otro gira con el bastidor superior y está conectado con uno de los tres cables que suben a lo largo

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de una camisa protectora dentro del eje huco para tracción y llegan al tablero de control. Los anillos mantienen contacto constante en cualquier posición de giro de la excavadora. La potencia requerida en una excavadora de 4 yd3 es de alrededor de 225 KVA (190 kilowatts) con una línea aérea o de 300 KVA (225 kilowatts) si se emplea un generador con motor diesel. Sistema Ward-Leonard. En casi todas las excavadoras eléctricas se utiliza un sistema Ward—Leonard o Ward—Leonard Doble para propulsión y control, que permite controlar la corriente de alto amperaje para trabajo con la variación de una corriente baja para los campos del generador. La figura 5-24 es un diagrama del principio de funcionamiento, pero no representa la posición real de los componentes mecánicos o eléctricos. Uno o más motores de ca (se ilustra uno solo) que se alimentan con corriente de una fuente externa, impulsan un grupo de tres generadores que suministran corriente continua (cc) para los motores de elevación, ataque y giro. La potencia de cada generador y, por tanto, la velocidad y potencia del motor al cual alimenta, se regula por el paso de la baja corriente de excitación por sus devanados de campos. Después, la regula el operador con la posición de la palanca del controlador. Con ello, se escalona una corriente de bajo voltaje y bajo amperaje, que no requiere conductores muy gruesos, para regular el alto voltaje y

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el amperaje muy alto necesarios para producir la potencia necesaria en el malacate y en los piñones para ataque y giro. En el sistema Ward—Leonard Doble mostrado en la Fig. 5-24 hay un grupo de generadores intermedios o de segunda etapa cuyas bobinas de campos se excitan con corriente desde la primera etapa y su salida excita los campos del generador principal. Este perfeccionamiento permite reducir la corriente requerida en el controlador y tener amplia capacidad en el generador principal. El motor principal de ca gira a sus rpm máximas siempre que está excitado, pero el consumo de corriente es reducido cuando los generadores no están cargando y los motores de cc están parados. Los generadores para giro y para ataque y retracción tienen componentes para invertir el sentido de flujo de la corriente. El motor para ataque es reversible; también el motor de giro es reversible, pero pueden ser uno o dos motores reversibles conectados por engranes con los piñones individuales para giro. El motor para elevación también es reversible para descender bajo potencia a velocidad controlada en vez de permitir que el cucharón caiga por gravedad. Por lo general, se emplea un embrague (de fricción o neumático) entre ese motor y el tambor, ajustado de modo que haya patinaje (deslizamiento) para absorber el choque si el cucharón se detiene en forma repentina. Con una transmisión o un embrague de mordazas es posible utilizar el

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Figura 5-25. Embrague electromagnético "Magnetorque". (Cortesía de Harnischfeger Corp.)

motor de elevación para impulsar la excavadora. Por lo general, los motores son de cc porque puede producir una alta torsión cuando una carga pesada les hace perder velocidad y también se puede emplear voltaje variable sin que se dañen. "Magnetorque". Otra impulsión es el embrague electromagnético "Magnetorque" (Figs. 5-25 y 5-26). Su aplicación principal es en el elevador de las excavadoras eléctricas, como se ilustra y para el giro en las excavadoras grandes con motor diesel. La unidad Magnetorque consiste en elementos rotatorios interno y externo, hechos con acero de aleación de alta resistencia y concéntricos entre sí, separados por un espacio de aire (entrehierro). En el elemento externo

está montado un devanado sellado y lo hace girar en un sentido en forma continua un eje hueco impulsado por un motor de ca de alto voltaje. Ejerce tracción en el elemento interno y su piñón, que es proporcional al flujo de corriente de excitación en el devanado. Este embrague electromagnético transmite la potencia sin fricción ni vibraciones. Cuando se reduce la velocidad en el elemento interno hay un aumento automático en la torsión que transmite el embrague. El operador sólo necesita cambiar la posición del controlador para modificar la característica de salida. Cuando el controlador está en la posición desconectada o apagada, no circula corriente en el devanado del elemento externo; por tanto, el elemento interno puede girar libremen-

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Figura 5-26. Embrague "Magnetorque" para malacate. (Cortesía de Harnischfeger Corp.)

te en sentido opuesto, lo cual permite descender el cucharón por gravedad. Controladores. Las acciones principales de la excavadora eléctrica dependen de los tres controladores maestros accionados por el operador. Dos de ellos, el de elevación y ataque y retracción en la excavadora de cucharón o la elevación y arrastre en la dragalínea se controlan con palancas. El giro se controla con un par de pedales. Con esas palancas y pedales, los circuitos que conducen corriente de bajo amperaje se pueden abrir, cerrar o graduar para regular el paso de corriente a una cantidad deseada. Hay diversos tipos de controladores utilizados en las excavadoras y se describirán tres de ellos. Uno de ellos, el de reóstato o resistencia tiene cierto número de circuitos de diferente resistencia, que conectan una fuente de corriente y los campos del generador. Un interruptor giratorio permite cerrar cual-

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Figura 5-27. Control del tipo de impedancia. (Cortesía de Harnischfeger Corp.)

quiera de ellos a fin de dejar que pase corriente por él. Los contactos están dispuestos de modo que al mover el controlador desde la posición desconectada o apagada (off), cierre primero el circuito de máxima resistencia y, luego, en orden los de resistencia decreciente, hasta que se logra la conexión para flujo pleno. Dado que esta corriente sólo se utiliza para la excitación de campos, como se describió, no necesita ser de una intensidad que pueda producir calentamiento fuerte en las resistencias ni se requieren superficies de contactos grandes. La corriente aplicada, por lo general, no se puede incrementar con suavidad sino que aumenta por etapas conforme se llega a los contactos sucesivos. El control de tipo de impedancia (Fig. 5—27) tiene un resistor magnético para graduar, desviar o cortar el paso de corriente. No tiene contactos

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y la transición desde el paro hasta la potencia máxima es suave. La excavadora P&H Modelo 1800 de 8 yd3, tiene un control electrónico sin escalonamiento para todos los movimientos del funcionamiento. Es-

to hace posible emplear una corriente de apenas 1 watt. Se dice que la respuesta es muy rápida y sensible, con lo cual se mejora la coordinación y se reduce el tiempo del ciclo.

Preguntas de repaso del capítulo 5 Las respuestas aparecen al final del libro, después del índice. 1. Los cables auxiliares son conexiones temporales entre dos ______ . 2. Al desmontar un acumulador, primero se desconecta el _________ . 3. La corriente eléctrica es el flujo de

11. Un acumulador al cual no se le puede poner agua se llama ______ 12. Siempre hay un campo eléctrico junto a un _________________ . 13. Las chispas pueden __________

4. Cuanto más grande sea un conductor menor será la ___________ . 5. Un conductor que conduce demasiada corriente se ____________ . 6. Un control del tipo de impedancia se usa en una _______________ eléctrica 7. En los motores de velocidad variable se utiliza corriente ________ . 8. ¿Con qué instrumento se comprueba la densidad del electrolito de los acumuladores? 9. ¿Qué puede indicar el consumo excesivo y rápido de agua de un acumulador? 10. Un piñón de arranque trabado puede ________________________ el motor.

los contactos flojos. 14. Un circuito en que se emplean 12 y 24 volts se llama de __________ 15. ¿Qué impide el interruptor de seguridad en neutral? 16. En el sistema Ward-Leonard se multiplica la corriente mediante la 17. Un acumulador convierte la electricidad en energía ______________ 18. Los diodos rectificadores se utilizan en el __________________ 19. Una excavadora diesel-eléctrica es independiente de una __________ 20. Los acumuladores para vehículos y máquinas de construcción son del tipo de __________________

6 Embragues, acoplamientos fluidos y convertidores EMBRAGUES Un embrague ("clutch") es un mecanismo con el cual se pueden conectar y desconectar dos ejes que giran alineados entre sí. También se puede lograr una acción similar a la de un embrague con el empleo de una polea movible en un sistema de bandas o con el acoplamiento y desacoplamiento de engranes por medio de sincronizadores y en otras formas.

EMBRAGUE DE MORDAZAS En la figura 6-1 se muestra en "A" la construcción de un embrague de mordazas*. Cada unidad consiste en dos anillos dentados, llamados mordazas, con los dientes contrapuestos. Una mordaza está fija al árbol o eje motor y, la otra, es movible en el eje impulsado. En la parte posterior de la mordaza impulsada hay una

ranura circular. En su parte hueca hay un collar de cambios, que es un anillo de bronce sujeto contra la rotación por un yugo conectado con el varillaje de control del embrague. Este collar mueve la mordaza hacia atrás para desacoplar el embrague o la empuja hacia adelante para acoplar los dientes con los de la otra mordaza. Cuando los dos ejes están acoplados girarán como una sola pieza, pues están sujetos entre sí por los dientes de la mordaza y por una cuña y las estrías. Cuando se desacopla el embrague, un eje puede girar sin accionar el otro. Este tipo de embrague tiene la ventaja de una acción positiva, pues no puede patinar o resbalar, aunque se puede desacoplar y romperse. Es poco costoso, ocupa un espacio pequeño debido a que una mordaza consta sólo de dientes cortados en el cubo de un engrane que se utiliza para otros

* Este tipo de embrague se conoce también como embrague positivo (N. del T.)

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Figura 6-1. Embragues de mordazas.

fines. Puede funcionar en seco o en aceite. Sin embargo, es de acción brusca e incómoda, difícil de acoplar en cualquier momento y es imposible desacoplarlo bajo carga. Si se lo acopla cuando gira a alta velocidad puede producir choques dañinos en los ejes y engranes. Si ambas mordazas están estacionarias pueden chocar los dientes entre sí, por lo cual se debe hacer girar una mordaza hasta que un diente está en la posición de acoplar. En "B", la posición "1" es igual que en "A". Ahora se puede acoplar ("2") a baja velocidad. Cuando está sobrecargado puede haber tendencia a que se patine y se desacople, en particular cuando ya está gastado. El tipo que se ilustra es el único que se puede desacoplar bajo carga. Los otros tres tipos son embragues de un solo sentido que se desacoplan en forma automática cuando se los hace girar en sentido inverso. Se pueden acoplar cuando hay una diferencia pequeña en la velocidad, aunque en el caso "3" se pueden romper las

puntas de los dientes. El tipo de embrague ilustrado en "A" es de construcción más fuerte. Por lo general, es indispensable instalar un embrague de fricción entre el motor y un embrague de mordazas. Los embragues de mordazas se utilizan para los cambios en algunas transmisiones de camiones del tipo de engranes de acoplamiento constante, en los de giro y tracción de excavadoras y en otras aplicaciones. El embrague de mordazas bien ajustado acopla por completo; un diente de cada mordaza llega hasta el fondo de los asientos en la otra mordaza y no hay contacto entre ellas cuando está desacoplado. El acoplamiento parcial puede producir daños en dos formas. Primero, debilita la conexión porque concentra el esfuerzo en la parte externa de los dientes que es la más débil y, segundo produce desgaste de los lados de los dientes y los vuelve cónicos, con lo cual se "saltan" con cargas pesadas. La posición de la mordaza fija se puede ajustar con suplementos detrás de la mordaza o en el eje. Las posiciones de la mordaza movible dependen del ajuste del varillaje. A veces, se complican los ajustes por la necesidad de controlar dos embragues y, a veces, también dos frenos, con un solo varillaje en un espacio reducido. Es conveniente hacer el ajuste correcto de un embrague y, luego, hacerlo en el segundo embrague. En el capítulo 19 se presenta un ejemplo de este trabajo. Si no es posible lograr que ambas mordazas funcionen en forma correc-

Embragues, acoplamientos fluidos y convertidores

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ta y los ajustes están bien hechos, es probable que haya piezas dobladas, rotas o faltantes. En tal caso, hay que revisar la transmisión para encontrar la causa.

EMBRAGUES DE FRICCIÓN Disco sencillo. El embrague de fricción de un solo disco seco es el que más se emplea en automóviles, camiones y muchas otras máquinas. A veces, en algunos vehículos el embrague está montado dentro de la cubierta del volante; en otros, tienen una cubierta separada. En la figura 6-2 se muestra un embrague típico. El volante gira junto con el cigüeñal, y tiene en el centro el cojinete piloto o de guía en donde se coloca la punta delantera del eje intermedio. La función de este embrague es conectar y desconectar el eje intermedio en relación con el volante. El plato de presión tiene una superficie delantera pulida y su cubierta está atornillada en el volante para que giren al mismo tiempo. Unos resortes de gran capacidad empujan el plato contra el disco. El plato se separa del disco cuando se oprime el pedal o se acciona la palanca del embrague. El disco del embrague está montado entre la cara trasera del volante y el plato de presión que lo empuja contra el volante cuando está acoplado. El disco tiene un cubo que se desliza en las estrías del eje de mando y tiene forros ("pastas") de fricción en ambas caras.

Figura 6-2. Embrague de fricción sin ajustes internos.

Los resortes empujan el plato de presión contra el disco y empujan a éste contra la cara del volante —a veces, contra una placa flexible montada en el volante—. El disco queda oprimido contra el volante; la fricción entre las superficies de contacto y los forros es suficiente para hacer girar el disco, el eje intermedio y mover el vehículo o máquina porque transmite la potencia del motor. El embrague se desacopla al mover el plato opresor hacia atrás por medio del varillaje de desembrague en contra de la carga de los resortes mediante las patas de desembrague, que giran junto con el plato de presión. Los extremos internos de las patas o dedos están colocados en un

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1. Placa de freno. 2. Pasador. 3. Resorte de retorno. 4. Palanca de desembrague. 5. Perno. 6. Plato de presión trasero. 7. Plato de presión delantero. 8. Disco. 9. Disco. 10. Árbol de embrague. 11. Anillo. 12. Resorte. 13. Disco forrado. 14. Resorte. 15. Espárrago. 16. Soporte. 17. Cojinete de desembrague. 18. Tapa de la cubierta. 19. Volante.

Figura 6-3. Embrague de disco doble. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

collarín en el cojinete de desembrague, y éste se mueve hacia el frente y atrás con el varillaje del embrague en el eje intermedio. Cuando se oprime el pedal o se mueve la palanca del embrague hacia el frente, el collarín mueve las patas y el plato de presión hacia atrás para desacoplarlo del disco. Cuando se suelta el pedal, los resortes del plato lo empujan otra vez contra el disco. El ajuste para compensar el desgaste de los forros del disco se puede

hacer con templadores en el varillaje del pedal, al girar el collarín hacia el frente o atrás en las roscas del soporte del cojinete de embragues, o por medio de prisioneros en las patas del plato opresor. Cuando se desgasta el disco y ocurre el patinaje aunque el varillaje esté bien ajustado, hay que desmontar el disco ya sea para reacondicionarlo o instalar uno nuevo. Este embrague es el que se utiliza para la transmisión y otras aplicaciones. Suele ser de funcionamiento

Embragues, acoplamientos fluidos y convertidores

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Ensamblado del embrague de la dirección 1. Jaula de cojinete de desembrague. 2. Plato de presión. 3. Agujero roscado para sacar el tambor. 4. Tambor. 5. Espiga para arandela espadadora. 6. Arandela espadadora. 7. Tuerca. 8. Retén de resorte. 9. Eje del embrague 10. Seguros del retén. 11. Cojinete de desembrague. 12. Resorte externo e interno. 13. Disco de metal. 14. Disco con forro.

Figura 6-4. Embrague de discos múltiples para dirección. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

suave y de larga duración. Sin embargo, excepto en algunos tipos especiales, no se debe dejar que patine durante un tiempo largo, porque ocurrirá desgaste prematuro, deformaciones y rayaduras del disco y el plato opresor. Disco doble. En este embrague, los discos están montados en estrías en el eje intermedio. Se encuentran separados por una placa sin forros (pastas) impulsada por el volante. Se logra mayor superficie de fricción sin aumentar el diámetro. Trabajo pesado. Hay dos tipos especiales de embragues de disco sencillo o disco doble para servicio

pesado, como en los tractores en que están montadas excavadoras o escarificadores. Caterpillar utiliza un embrague de disco doble que funciona dentro de un baño de aceite que se mantiene en circulación con una bomba. Los forros son un tipo especial que "agarra" cuando está empapado con aceite y la circulación disipa el calor producido por el patinaje. Los embragues del tipo seco pueden tener discos de cerámica vulcanizados en el disco, en vez de los forros del tipo normal. Esta cerámica puede ser de metal sinterizado, arcilla o sustancias similares. Es muy resistente al calor y al desgaste y durará muchas veces más que los forros ñor-

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1. Tornillo de purga 2. Contratuerca 3. Tornillo de ajuste 4. Prisionero

Figura 6-5. Embrague de zapata con controles hidráulicos. (Cortesía de Harnischfeger Corp.)

males en condiciones extremosas. Estos embragues están construidos para larga duración. Discos múltiples. En la figura 6—4 se ilustra un embrague de discos múltiples para dirección. Un semieje interno hace girar un cubo o tambor interno. Un tambor externo de freno (que no se ilustra) está montado en estrías en la sección externa del semieje interno. Un cierto número de discos planos montados en estrías en el tambor interno, están alternados con discos montados en estrías en el tambor externo. Un plato de presión controlado por varillaje y un cojinete oprimen los discos contra la brida de una placa de anclaje en el tambor interno. Cuando se suelta la placa, unos resortes la mueven hacia atrás. Cuando los discos están oprimidos entre sí, se traban los tambores inter-

no y externo; cuando los resortes separan los discos, los dos tambores pueden girar o detenerse en forma independiente. Los discos pueden ser de metal, o bien, pueden ser de metal y con forros de fricción y estar alternados como se ilustra. El desgaste se puede compensar en el varillaje o con un collar roscado. El embrague de discos múltiples tiene un funcionamiento tan suave como el de disco sencillo o doble, es un poco más largo pero de menor diámetro y puede conducir la misma potencia; puede ser del tipo seco o en aceite. Es algo más complicado y costoso. De zapatas. En el equipo pesado, a veces, se emplean embragues del tipo de bandas o zapatas de expansión interna. Son similares a las de los frenos de tambor, excepto que las zapatas y el varillaje giran y, por tanto, hay que accionarlas con un collarín de desembrague. Este tipo de embrague se utiliza con más frecuencia en condiciones severas cuando deben funcionar, a veces, aplicados en forma parcial y están sujetos a cambios rápidos en la carga. Como se ilustra en la figura 6-5, un sistema hidráulico similar al de los frenos empuja las zapatas hacia fuera contra un tambor (que no se ilustra) que está estacionario cuando el embrague está desacoplado, y gira junto con el árbol de embrague cuando se acopla el embrague. Este embrague se ajusta con tornillos de cabeza colocados en el cubo y sujetos con contratuercas. Para ajustarlo, hay que parar el motor, acoplar

Embragues, acoplamientos fluidos y convertidores

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el embrague, apretar o aflojar los tornillos hasta que haya una holgura de 0.020 in entre la cabeza del tornillo y la zapata y, luego, apretar las contratuercas. Cuando se desacopla el embrague, los resortes mueven las zapatas contra los tomillos; ello permite medir y ajustar el espacio entre los forros y el tambor. Acción de automultiplicación ("autoenergización"). Este embrague tiene automultiplicación con la rotación a la derecha del embrague o la rotación a la izquierda del tambor. Cuando el movimiento hace que la zapata se separe de su cilindro de control y se mueve hacia su articulación, la fricción entre el forro y el tambor hace que el embrague acople con más fuerza. Si se instala un embrague en el lado opuesto y el movimiento es en sentido inverso, se sentirá muy duro y patinará. Tenga en cuanta esa posibilidad al instalar un embrague reacondicionado que no funciona. El empleo de forros de bajo coeficiente de fricción puede producir el mismo resultado. En otros embragues y en los frenos se puede obtener la acción de automultiplicación cuando el forro o balata en la zapata delantera es más largo que en la otra o bien, por medio de una conexión flotante entre las zapatas. Los embragues de discos no son de automultiplicación. Varillaje. El embrague se puede accionar con un pedal, como en los automóviles y camiones. En este caso, el empuje en el pedal desacopla el embrague y se vuelve a acoplar por la

Figura 6-6. Ajuste del embrague. (Cortesía de Fiat-Allis Manufacturing Co.)

acción de los resortes del plato de presión y, a veces, con un resorte en el brazo del pedal, cuando éste se suelta. Los embragues también se pueden accionar con palancas, como en las excavadoras y casi todos los tractores sobre orugas; en este caso, los resortes del plato de presión no son tan fuertes. Hay que tirar (jalar) de la palanca para cerrarla sobre el centro y mantener el embrague acoplado hasta que se la empuje hacia el frente en donde la sostiene un resorte de poca carga. El varillaje se describe en el capítulo 14.

SERVICIO En muchas máquinas para construcción, antiguas y modernas, se emplea un embrague de fricción para transmitir la potencia del motor al resto de la máquina. Los sistemas de cables casi siempre se controlan con embragues de fricción. En el mecanismo de dirección de las máquinas sobre oru-

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gas se emplean embragues de fricción o de mordazas. Usted tendrá que trabajar a menudo en los embragues. En general, los embragues están sometidos a grandes esfuerzos y necesitan ajustes y reparaciones frecuentes. Los ajustes suelen ser sencillos, pero las reparaciones pueden ser muy complicadas. Lubricación. Los cojinetes, collarines y varillaje de embrague requieren lubricación periódica, según sean el servicio y el método para lubricación. Los intervalos más comunes en el equipo para construcción son una vez al día y una vez a la semana. Desafortunadamente, los encargados de la lubricación y los operadores, a menudo, tienen la idea errónea de que en realidad no se necesita la lubricación, quizá porque los efectos del descuido no se notan de inmediato. Pero, los componentes del embrague se deterioran con rapidez sin lubricación y muchas dificultades se deben a la falta de lubricación periódica. Ajuste. El ajuste, por lo general, se hace en las patas o collarín del embrague, salvo que tenga ajustadores. El anillo o collar de ajuste suelen estar fijos en el embrague y hay que soltarlos para poder girarlos y ajustar. Esta sujeción puede ser con un perno, con una abrazadera accionada por una pata o por un pasador bajo carga de resorte colocado en una ranura en T*. El pasador está en el fondo de la T cuando está fijo y se mueve hacia la parte superior de ella con un destornillador o herramienta similar a fin de soltarlo para el ajuste.

Por lo general, para tener acceso al ajustador hay que quitar la tapa de un agujero de acceso en la cubierta del volante. A veces, puede estar en un lugar muy incómodo y si, además, hay accesorios instalados, será mucho más difícil quitar la tapa. En algunos tractores, la opción es trabajar en una posición sumamente incómoda junto al motor o perder media hora en desmontar las láminas del piso para alcanzar la tapa desde la cabina. Para hacer los ajustes, se suelta el cierre o seguro y se gira el anillo, por lo general hacia la derecha mirando hacia el motor para apretarlo al grado deseado. Después, se gira el anillo para apretarlo o aflojarlo para alinearlo con el punto de cierre y se fija. Juego libre. El ajuste, muchas veces, se hace sobre la base del juego libre y de la "sensación" en el pedal o la palanca del embrague. Cuando uno u otra están en la posición desacoplada, debe existir un juego o recorrido libre, de entre Vi in y 1 in en el pedal y de 1 in a 3 in en las palancas, antes de que se sienta la resistencia de los resortes del plato de presión. Si no se deja este juego libre, se producirá desgaste excesivo en el collarín o las patas y también puede haber patinaje. Tiene el mismo efecto que cuando se conduce un vehículo con el pie en el pedal del embrague. La palanca de embrague se debe cerrar sobre el centro cuando está acoplado por completo. Si se aprieta el ajuste se aumenta la cantidad de tracción requerida para fijarla; si se aprieta en exceso, quizá no se pueda fijar.

Embragues, acoplamientos fluidos y convertidores

Figura 6-7A. Comprobación de juego libre. (Cortesía de Fiat-Allis Manufacturing Co.)

Tracción en la palanca. En los manuales del operador o de taller se suele especificar la cantidad de libras de tracción en la palanca que indique que el embrague está bien ajustado; puede variar entre 25 y 60 libras, aunque 40 libras es lo más usual. Un operador experimentado puede determinar por la "sensación" en la palanca si el embrague está bien ajustado. En el taller, la tracción se mide con una báscula de resorte especial (báscula dinamométrica). Si no la hay, se puede usar otra báscula similar y se anota la lectura máxima. Con un poco de práctica, usted puede calcular la tracción sin la báscula. Conforme pasa el tiempo, se reducirá en forma gradual la tracción en la palanca al grado de que quizá no se quede fija. Este aflojamiento se debe al desgaste de los forros del disco; el funcionamiento demasiado suave suele ser señal de que el embrague se patina o se patinará con una carga pesada. El

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operador puede ajustar la tracción o bien informarlo al supervisor o al taller de servicio. Un embrague que está muy flojo, a veces, requiere una tracción muy fuerte en la palanca debido a que el cojinete de desembrague (collarín) está gastado. Un embrague que está muy flojo cuando está acoplado y tiene arrastre cuando está desacoplado, por lo general tiene una pata del plato de presión rota o desprendida. Lo importante al ajustar un embrague es que no debe tener arrastre cuando está desacoplado ni patinaje cuando está acoplado. Arrastre. Para probar si hay arrastre, se desacopla el embrague y se mueve la palanca selectora de la transmisión con lentitud desde el neutral hasta cualquier "velocidad". Si se escucha un ruido continuo de engranes cuando apenas empiezan a acoplar los dientes, es que hay arrastre. El arrastre que ocurre sólo cuando el motor está frío no es grave y puede ser habitual en los embragues que funcionan en un baño de aceite. Pero, a las temperaturas normales, el arrastre es muy molesto para el operador e indica que hay muy poca holgura y que se necesita aflojarlo o repararlo. Patinaje. Para probar si hay patinaje, se sostiene la máquina con sus frenos o apoyada contra un obstáculo, se pone la transmisión en directa y se acopla el embrague con lentitud. Si el motor no se para, excepto si la máquina tiene acoplamiento fluido o em-

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Figura 6-7B. Prueba de tracción en la palanca. (Cortesía de Fiat-Allis Manufacturing Co.)

ajuste, pero también hay la posibilidad de que las pastas y el collarín estén gastados o dañados o el varillaje esté mal conectado. Cuando es absolutamente indispensable trabajar con un embrague que patina, el operador debe poner la transmisión en la reducción más baja y evitar cargas pesadas. En un embrague bien ajustado ocurrirá desgaste de los forros al acoplarlo, desacoplarlo o al hacerlo patinar intencionalmente; si se patina se desgasta con la carga continua y no durará mucho.

brague de seguridad, es que hay demasiada holgura en el embrague. Si la tracción en la palanca o la posición del pedal indican que hay ajuste correcto, entonces el patinaje es señal de que necesita reparación. Si llegan aceite o grasa a los forros (pastas) del disco seco, se pueden limpiar sin desmontar. Para ello, se ponen tapones en la cubierta, y se la llena en forma parcial con nafta u otro disolvente aprobado y se lo hace funcionar un poco de tiempo. Si el embrague no tiene cubierta, se introduce el disolvente con una aceitera de presión. El patinaje puede ser por cristalización de los forros. En los embragues de zapatas, muchas veces, se puede corregir si se pulveriza tierra de batán (que se compra con los distribuidores de productos químicos); pero, en los embragues de disco puede ser necesario cambiar los forros o todo el disco. Los forros gastados son la causa más común de patinaje después del

Embrague de seguridad. Hay embragues amortiguadores o de cojín que patinarán cierta distancia con una carga de choque antes de restablecer una conexión firme, y también hay embragues de seguridad que patinarán en vez de transmitir suficiente esfuerzo como para romper piezas. Estos embragues no permiten daños a la máquina y los cables cuando hay un aumento repentino en la carga o chocan contra algún obstáculo. Pero, no trate de ajustarlos para que no patinen para nada, pues tendrá dificultades. Quizá le soliciten que ajuste los embragues de una grúa para que patinen antes de que transmitan toda la potencia del motor. El operador quizá lo desee como medida de precaución para no sobrecargar alguna parte de la máquina o para elevar una carga que pueda inclinarla. Los embragues ajustados en esa forma pueden ser adecuados para trabajo ligero, pero con trabajo mediano pueden patinar en exceso y

Embragues, acoplamientos fluidos y convertidores

Figura 6-8. Desmontaje del embrague de dirección. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

quemarse. En este caso no hay margen de seguridad y se necesitarán ajustes frecuentes para mantenerlos en el estrecho límite entre patinaje peligroso y acoplamiento firme.

REACONDICIONAMIENTO Desmontaje del embrague. Para cambiar los forros del disco o reparar el embrague casi siempre hay que desmontarlo de la máquina. Para ello hay tres pasos básicos: desconectar el eje de mando, desconectar el varillaje y sacar la cubierta. En las máquinas modernas sobre orugas la transmisión suele estar lo bastante separada de la cubierta del embrague para poder desconectar el eje de mando y sacar todo el embrague. En los tractores sobre ruedas, incluso los que arrastran escrepas normales y de descarga inferior, están construidos de modo que hay que des-

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montar el motor para tener acceso al embrague. Quizá haya que desarmarlo allí mismo, pero a veces se puede desconectar y desmontar como conjunto con sus accesorios. En algunas máquinas, es posible soportarlas y separarlas en el centro. En los camiones de tracción trasera, sean normales o para fuera de carretera, suele ser necesario desmontar la transmisión o el motor para tener acceso al embrague. Suele ser más fácil bajar la transmisión; pero si se va a desmontar el motor para una reparación general, también es conveniente reacondicionar el embrague al mismo tiempo. Los embragues de dirección de algunos tractores sobre orugas se pueden desconectar y sacar por la parte superior de la caja sin mover otros componentes. En otros, hay que desmontar un mando final y, a veces, ambos para tener acceso a un embrague. Se necesita algún tiempo de garrucha para sacar el embrague sin peligro, pues son muy pesados y voluminosos para manejarlos. Se debe tener máximo cuidado para desmontar las piezas que impidan sacarlo; tampoco hay que permitir que el eje se trabe o se golpee al tratar de elevarlo e inclinarlo. Para desarmar. El primer paso para desarmar, ya sea antes o después de desmontar el embrague de la máquina, es desmontar los accesorios como la manguera de lubricación, horquilla de cambios, freno del embrague o freno de dirección.

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Figura 6-9. Eliminación de presión de resortes del embrague. (Cortesía de FiatAllis Manufacturing Co.)

Los resortes del plato de presión son muy fuertes y, a veces, tienen una carga de una tonelada o más. Hay que eliminar esta presión antes de sacar los tornillos de la cubierta, para evitar problemas y posibles daños a las tuercas y el peligro de que las piezas salgan disparadas con tremenda fuerza. El embrague se puede comprimir, ya sea con prensas especiales o una prensa vertical, o bien, se puede enganchar una barra gruesa con una abrazadera fuerte en el banco de trabajo para comprimirlo. Algunos embragues se construyen de modo que se puedan colocar espárragos (birlos) o pernos especiales en el plato de presión, y ponerles tuercas para eliminar la tensión, colocados en agujeros para este fin; se sacan los tornillos de la cubierta y, luego, se aflojan las tuercas de los espárragos o pernos especiales unas cuantas vueltas cada una y en orden, para que los resortes se estiren poco a poco.

En algunos embragues es importante marcar con punzón las piezas rotatorias para volver a instalarlas en su posición original y evitar que el conjunto se desequilibre y produzca serias vibraciones. En el embrague de disco sencillo o en el doble, se marca la tapa, el plato de presión y la cubierta. En uno de discos múltiples se marcan el plato de presión, el cubo y la placa de desembrague. En los manuales de taller se dan las instrucciones; si no los tiene, márquelos para más seguridad. Comprobación de desgaste. En los embragues de disco sencillo o en el de doble, los forros del disco o discos se gastan antes que las otras

Figura 6-10. Comprobación de la cara del volante. (Cortesía de International Harvester Co.)

Embragues, acoplamientos fluidos y convertidores

piezas. Para comprobarlo, vea primero si los remaches están ya en la superficie o cerca de ella, y si hay forros sueltos o el disco está torcido. Para medir el desgaste, puede emplear un micrómetro. Debido al tiempo que se requiere para desmontar el disco, es preferible mandarlo a un taller especializado para que le pongan forros nuevos o cambiarlo si están gastados más de una tercera parte de su espesor original. Si está torcido o si las estrías del cubo está gastadas o dañadas, hay que cambiarlo. El plato de presión y el volante o el tambor suelen tener señales de desgaste y también pueden estar torcidos. La superficie puede tener infinidad de grietas pequeñas producidas por sobrecalentamiento. Cualquier daño en la superficie requiere rectificarla con un torno especial. Pero en muchas de las piezas del embrague no se puede rebajar o rectificar más de 1/16 in; si los daños son más profundos hay que cambiarlas. Para determinar la profundidad del desgaste en el volante, se utilizan una regla de acero y un calibrador de hojas (Fig. 6-10). Para la tercedura y ovalación se emplea un micrómetro de carátula. Otros puntos críticos de desgaste son el collarín y el cojinete de desembrague, la cara de contacto y articulaciones de las patas del plato y las estrías del eje de mando. Para determinar si hay raspaduras y tercedura de los discos metálicos del embrague de discos múltiples, se emplea la vista y el tacto.

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Figura 6-11. Corte seccional de un acoplamiento fluido. (Cortesía de Twin Disc Clutch Co.)

El dorso de la mano es más sensible a la aspereza que los dedos. Para medir el desgaste se apilan todos los discos, se mide la altura y se compara con la del cubo del embrague o con una misma cantidad de discos nuevos. Para apilarlos y medirlos, deben estar todos los discos y absolutamente limpios. Frenos de embrague. Muchos embragues tienen un freno pequeño para detener el árbol de embrague cuando se desacopla el embrague. Con ello se impide que el eje siga girando por inercia y demore los cambios. El freno necesita ajuste ocasional y se deben revisar los forros cuando haga cualquier otro trabajo.

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Acoplamientos fluidos y convertidores CARACTERÍSTICAS Los acoplamientos fluidos y convertidores de torsión se emplean cada vez más en la maquinaria para construcción. En esta sección se describen los acoplamientos fluidos y los convertidores de torsión; ambos transmiten potencia entre ejes que están en el mismo plano, por medio de un patinaje o deslizamiento controlado. Las transmisiones hidrostáticas se describen en la siguiente sección; otros sistemas de bomba y motor (y de bomba y cilindro) en el capítulo 9. Casi todos los acoplamientos y convertidores se emplean con motores que tienen velocidad de 1800 rpm o más. Si se utilizan con un motor de velocidad más baja, se necesita un tamaño más grande en relación con la potencia. Alas rpm de arranque del motor, no transmiten potencia, pero en tiempo muy frío pueden ser una carga adicional que dificulte más el arranque, salvo que se utilice también un embrague convencional. Con el motor en marcha mínima, transmiten suficiente potencia para hacer girar el eje de salida con cargas ligeras y ocurrirá "arrastre". A un motor acoplado con un acoplamiento fluido, no lo puede parar o "ahogar" la carga, pero sí puede haber paros en marcha mínima por deficiencias en el encendido y la carburación. Debido a que la acción de los acoplamientos fluidos se obtienen por patinaje, aumentan el consumo de combustible en una proporción que

varía según el tipo y construcción del acoplamiento y el tipo de servicio. Algunos modelos pueden tener un embrague de cierre que permite producir una conexión mecánica en condiciones en que no se requiere amortiguación de los impulsos de potencia y el patinaje es indeseable. El patinaje genera calor. En los convertidores de torsión se suele disipar, ya sea, con el radiador del motor o un enfriador de aceite. En otras instalaciones, el calor se disipa en el exterior de la cubierta. Los problemas se vuelven más agudos cuando el acoplamiento no es suficiente para la potencia del motor, cuando hay cargas pesadas continuas y cuando trabajan en climas calurosos. La capacidad de cualquier acoplamiento o convertidor, muchas veces, se puede aumentar con un sistema auxiliar de enfriamiento. Se puede contar con algún sistema para descargar el aceite a un depósito para que no haya transmisión de potencia por el acoplamiento fluido y tener una acción similar a la de un embrague. La aplicación suave de la potencia con un acoplamiento o convertidor mejora la tracción para arranque de las ruedas en tierra suelta o en el pavimento, y de las poleas contra las bandas. Se aumenta la capacidad del motor para que no se pare con la carga, aunque se reduzca la velocidad del tren propulsor. Los convertidores de torsión tiene este efecto y también multiplican la torsión del motor.

Embragues, acoplamientos fluidos y convertidores

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Figura 6-12. Componentes del acoplamiento fluido. (Cortesía de Twin Disc Clutch Co.)

En muchas aplicaciones industriales también se emplea un embrague de fricción, que es muy ventajoso para un control preciso. Los acoplamientos fluidos y convertidores reducen los costos de mantenimiento y reparación, aumentan la producción y disminuyen el trabajo del operador; estas ventajas contrarrestan el consumo adicional de combustible con algunos tipos de ellos. Se espera que cada vez se utilizarán más conforme los fabricantes y usuarios de vehículos y máquinas reconozcan sus ventajas. Se hacen experimentos continuos para perfeccionar nuevos tipos con aplicaciones más amplias que los existentes. El acoplamiento fluido o el convertidor de torsión suelen estar acoplados directa o indirectamente con el volante del motor y transmiten la potencia para la propulsión y el funcionamiento del vehículo o máquina. Para los accesorios se suelen utilizar bombas hidráulicas montadas en el motor.

Acoplamiento fluido. El acoplamiento fluido o el convertidor constan de una cámara para aceite en la cual está montada una bomba del tipo de aspas impulsada por el motor y una turbina conectada con el mecanismo impulsado. La bomba y la turbina que tienen cierto parecido con una naranja a la cual se le ha sacado todas la pulpa, están muy cercanas entre sí con las aspas unas frente a otras y giran en el mismo plano. El acoplamiento Twin Disc (Figs. 6-11 a 6-13) tienen dos impulsores o bombas y dos turbinas, con lo cual se logra mayor capacidad en relación con el diámetro. La rotación de la bomba con el eje de entrada impulsado por el motor produce movimiento rotatorio del aceite, que hace girar la turbina en el mismo sentido que la bomba, en una acción similar a la rotación del azúcar en el fondo de la taza cuando se agita el líquido en la parte superior. La alta velocidad de rotación y la pequeña distancia entre la bomba y la turbina permiten transmitir

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Figura 6-13. Cubierta del acoplamiento fluido. (Cortesía de Tuuin Disc Clutch Co.)

alta potencia para mover cargas pesadas. La fuerza aplicada a la turbina es pequeña con el motor en marcha mínima y aumenta al acelerar hasta que la bomba y la turbina giran como una unidad. La carga en la turbina con el eje de salida aumentará el patinaje, con lo cual girará con más lentitud pero el motor mantendrá su velocidad y potencia. Un acoplamiento o convertidor se llena más o menos al 85% con un aceite especial. El nivel se determina según la posición del tapón llenador. Si está en el aro de la cubierta, se hace girar el acoplamiento hasta que se vea una placa en la parte superior junto al tapón. Si el llenador está en un lado, se hace girar hasta el sitio más alto posible y se pone aceite has-

ta que empiece a escapar por un agujero de verificación. El espacio de aire en el acoplamiento permite la dilatación del aceite cuando se calienta con el funcionamiento. Para permitir dilatación adicional se instala un sello de fuelle con resorte en un lado de anillos selladores en el eje, para tener un sello positivo. La alta presión comprimirá el resorte del fuelle y dejará pasar aire o aceite entre los anillos. El sello se puede colocar entre los cubos de la turbina y la bomba en vez del eje, para poder desmontar el eje sin dañar el sello. A veces, se instalan los acoplamientos con una impulsión del tipo de araña, es decir, que se atornilla un anillo con dientes internos en el volante y se atornilla en el acoplamiento un anillo más pequeño con dientes externos correlativos. Esa conexión permite funcionar con un pequeño ángulo, por lo que la alineación no tiene que ser perfecta. Sin embargo, los problemas con la alineación son muy serios. En ocasiones es necesario utilizar un acoplamiento de un tamaño más grande que el correspondiente al motor. Para reducirle la capacidad, se instalan bloques de aspas en la turbina, que son pequeñas piezas de acero troquelado que bloquean o cierran los espacios externos entre las aspas, reducen el volumen de circulación de líquido y la capacidad del acoplamiento. El acoplamiento por lo general no tiene sistema de enfriamiento, aunque uno o ambos lados de la cubierta pueden tener aspas para aumentar la

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Figura 6-14. Convertidor de torsión de una etapa. (Cortesía de Detroit Diesel Allison Div., General Motors.)

circulación de aire. Si hay sobrecalentamiento, por lo general, se debe a que se ha forzado el acoplamiento, ya sea porque es pequeño para el tamaño del motor o porque el operador lo hace funcionar con cargas muy pesadas. Si tiene el motor mucho tiempo en marcha mínima, también puede ocurrir sobrecalentamiento. La conexión líquida reduce la potencia máxima y también la potencia "de choque" que pueda transmitir el motor a la unidad que se impulsa con

el acoplamiento. Esto se debe a que el impulso de una conexión maciza con el motor puede ejercer una fuerza momentánea mucho mayor que su potencia constante; esta fuerza puede permitir que la máquina efectúe trabajo mucho más allá de su capacidad nominal. Sin embargo, esa fuerza puede producir daños que resultarán demasiado costosos en relación con la producción adicional, y su eliminación es una ventaja en favor del acoplamiento fluido.

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Sin embargo, en muchas aplicaciones puede haber demasiada pérdida de potencia. Por ejemplo, una retroexcavadora de ¾ de yarda3 con cable y acoplamiento fluido quizá no pueda arrancar un tronco que se podría sacar con facilidad con una máquina similar de ½ yarda3 con transmisión mecánica.

CONVERTIDOR DE TORSIÓN El convertidor de torsión es un acoplamiento fluido, pero está construido de modo que la circulación del aceite por el patinaje bajo carga se convierta en potencia adicional, por medio de uno o más estatores para actuar en las aspas de la turbina. De una etapa. El convertidor Allison (Fig. 6-14) se impulsa desde el volante del motor con discos flexibles. La bomba del convertidor está atornillada al volante y forman una cubierta hermética dentro de la cual funcionan la turbina y los estatores. La turbina está conectada por estrías en la parte delantera del eje de salida. La parte trasera del eje está rodeada por una cubierta estacionaria llamada manguito de reacción. Cuando el motor hace girar la bomba, toma el aceite cerca del centro y lo lanza hacia afuera y atrás contra las aspas de la turbina a un ángulo predeterminado. La turbina tiene aspas con curvatura pronunciada que toman este aceite a alta velocidad que viene de la bomba y obtienen máxima potencia porque le cambian el sentido de circulación. Esto hace que

gire la turbina y que el aceite se mueva desde la circunferencia externa hasta el centro de la turbina, de la cual sale en sentido opuesto a la rotación de la bomba y la turbina. Hay conductos de salida de menor tamaño que los de entrada, para que cuando la turbina gire a baja velocidad bajo carga, el aceite salga con mayor velocidad que la que entró. Todavía puede aplicar fuerza pero lo hará contra la bomba salvo que se le cambie el sentido de circulación. Los estatores están montados en el manguito de reacción y tienen embragues de un solo sentido que les permiten girar libres en el sentido de rotación de la bomba, pero los traban cuando se aplica fuerza en sentido opuesto. Cuando choca contra ellos el aceite que sale a gran velocidad hacia atrás desde la turbina, se traban contra el manguito de reacción y sus conductos curvos cambian el sentido de circulación del aceite, para que regrese a la bomba en el mismo sentido que la rotación de la bomba. Esa velocidad se agrega a la velocidad del aceite producida por la bomba, con lo cual la fuerza total del aceite que sale de la bomba tiene un aumento correspondiente. Esta acción de regeneración es la clave de la multiplicación de torsión en el convertidor y aumenta en forma automática con el patinaje producido por un aumento en la carga en el eje de salida. Cuando se reduce el patinaje y el aceite sale de las aspas de la turbina a baja velocidad, los estatores giran en el mismo sentido que la bomba y el convertidor funciona como un simple acoplamiento fluido.

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velocidad. Si se reduce la carga, el aceite llega a la segunda turbina a mayor velocidad y la hace girar para impulsar los planetarios de alta velocidad. Con ello se tienen dos velocidades automáticas en el convertidor, que por lo común se complementan con reducciones selectivas en la transmisión. Figura 6-15. Convertidor de torsión de doble turbina. (Cortesía de Detroit Diesel Allison Div., G. M.)

Los convertidores de torsión pueden tener un embrague de fricción en la entrada desde el motor o un adaptador trasero para desconexión. En algunos modelos, pueden tener un embrague interno, hidráulico, de cierre, para cerrar o fijar entre sí el volante y la turbina y tener impulsión directa, más positiva. Un embrague de un solo sentido o un cierre por sobrevelocidad, opcionales, impiden que la turbina gire a mayor velocidad que el motor. Allison tiene cinco modelos de convertidor, con reducciones de torsión entre 2.5:1 a 4.0:1, y para motores de 60 a 600 hp. De doble turbina. Un convertidor de doble turbina (Fig. 6-15) tiene una sola bomba y dos turbinas, una dentro de la otra. Cada una impulsa un tren de planetarios diferente en la transmisión. Si la carga en el eje de salida es elevada, por ejemplo, al empezar a mover la máquina, entonces gira la primera turbina e impulsa un tren de planetarios de baja

De tres etapas. El convertidor Twin Disc (Figs. 6-16 hasta 6-19) es de tres etapas con estatores fijos. El aceite que sale de la bomba (impulsor) choca contra las aspas de la turbina de la primera etapa en el aro de ella y lo desvía un conjunto de estatores y conductos en la caja para aplicar

Figura 6-16. Corte de un convertidor de torsión de tres etapas. (Cortesía de Twin Disc Clutch Co.)

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Figura 6-17. Componentes del convertidor de torsión de tres etapas. (Cortesía de Twin Disc Clutch Co.)

empuje en las aspas de la segunda turbina. Desde allí pasa por un segundo estator y disipa su fuerza en un grupo de aspas internas de la turbina. Casi todo el aceite vuelve a la bomba, pero se desvía una pequeña parte hacia el sistema de enfriamiento. Estas etapas múltiples permiten una multiplicación de torsión hasta de 6.0:1, que se puede limitar a un valor menor. Este convertidor se puede emplear en bulldozers, camiones muy grandes y otras máquinas pesadas con una transmisión de sólo una o dos velocidades. Hay cuatro series de convertidores Twin Disc de tres etapas, para acoplarlos con motores de 60 a 100 hp. Las reducciones máximas son de 2:1 hasta 6:1. Cada serie tiene cierto número de torsiones nominales específicas para lograr un total de 30 capacidades en la línea completa, de acuerdo con el tipo y tamaño del motor. La torsión nominal en una serie se establece en la fábrica con la selección de bombas

o modificaciones en las aspas de la turbina de la tercera etapa. Se puede escoger entre un tipo estándar y uno de trabajo pesado en la misma serie, con diferencias en ejes, cojinetes y detalles de construcción. La elección de un convertidor depende de las características del motor, del tipo de máquina en que se instalará y de las condiciones de trabajo de la máquina. Enfriamiento y circulación. El patinaje en un acoplamiento fluido o convertidor produce calor. El convertidor de torsión puede producir tanto calor que necesitará un sistema externo de enfriamiento, igual que un motor. El tipo de sistema varía según la marca, modelo y tipo de máquina. En la figura 6—19 se ilustra un convertidor de tres etapas con radiador o enfriador. La presión del aceite en el convertidor es más alta cerca del aro que del cubo de la bomba y turbinas, por lo cual la circulación se logra con una conexión para el tubo en el

Embragues, acoplamientos fluidos y convertidores

1. Embrague. 2. Entrada desde el enfriador. 3. Aspa de turbina (de la. etapa). 4. Salida al enfriador. 5. Aspa de estator (de 1 a. etapa). 6. Aspa de turbina (de 2a. etapa) 7. Aspa de bomba. 8. Aspa de estator (de 2a. etapa). 9. Sello de laberinto (entre bomba y cubierta de embrague). 10. Aspa de turbina (de tercera etapa). 11. Sello del impulsor. 12. Seto de la turbina. 13. Turbina. 14. Eje impulsor. 15. Eje de salida. 16. Cojinete delantero de convertidor. 17. Cojinete trasero de convertidor. 18. Impulsor (bomba). 19. Agujero de drenaje de sello trasero. 20. Sello de laberinto (impulsor a turbina). 21. Cubierta del embrague. 22. Drenaje sello delantero. 23. Tapón devaciar. 24. Cubierta de convertidor. 25. Sello de laberin to (turbina a estator). 26. Embrague de un solo sentido.

Figura 6-18A. Corte seccional de un convertidor de tres etapas. (Cortesía de Caterpillar Tractor Company.)

aro y con otra para el tubo de retorno cerca del cubo. La circulación para enfriamiento en un convertidor de una etapa con cubierta giratoria depende de que la bomba de carga mantenga aceite a presión en el convertidor. Parte del aceite entra al tubo que va al radiador o enfriador y ya enfriado pasa a un depósito en donde la bomba lo hace circular otra vez. La temperatura correcta es muy importante para un convertidor. El

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intervalo normal de funcionamiento es entre 180°Fy 220°F; el mínimo absoluto es de 160°F y la máxima en funcionamiento continuo es de 250°F. Hay que recordar a los operadores que deben vigilar los indicadores e informar si hay señales de dificultades. La circulación básica dentro del convertidor es del impulsor o bomba a la turbina, al estator y retorno al impulsor siempre que está funcionando. Además, hay circulación para enfriamiento antes descrita y el circuito de purga y carga. En el convertidor de tres etapas, la bomba de carga succiona el aceite de un depósito, lo hace pasar por un filtro y lo envía al convertidor. Una válvula de desahogo de presión en la bomba regula la cantidad de presión que puede producir dentro del convertidor. Esta presión varía según su uso. En los sistemas de baja presión, que se emplean principalmente en las excavadoras, se pueden requerir sólo entre 20 y 30 psi; un convertidor para un tractor puede requerir entre 45 y 75 psi. El punto más alto en el sistema de circulación que se ilustra, tiene una abertura y un tubo de purga hacia el depósito o tanque de reserva; la abertura es un orificio calibrado que no deja pasar la totalidad del aceite que envía la bomba de carga. Este orificio permite que la bomba de carga mantenga la presión en el convertidor y el sistema de enfriamiento sin exceder de la calibración de la válvula de desahogo.

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Figura 6-18B. Aplicación de convertidores según el tamaño del motor. (Cortesía de Twin Disc Clutch Company.)

Presencia de aire. El funcionamiento correcto del convertidor depende de que contenga la cantidad de aceite especificada, que suele ser lle-

nado por completo. El aire mezclado con el aceite producirá mal funcionamiento, sobrecalentamiento y, en ocasiones, daños graves. Puede entrar al

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Figura 6-19. Circulación para enfriamiento en convertidor de tres etapas. (Cortesía de Twin Disc Clutch Company.)

sistema si el aceite en el tanque de reserva está muy bajo y la bomba de carga succiona aire (si el nivel sólo está un poco bajo, la bomba puede succionar aire si la máquina trabaja en una pendiente muy pronunciada) o si hay una filtración en el tubo de succión. Las filtraciones en la succión pueden ser muy pequeñas y no ocurrirán fugas externas de aceite. Por supuesto, el aire siempre entrará al sistema cuando se cambian el aceite o los elementos de los filtros y cuando se desconecta un tubo por cualquier razón. El sistema de purga puede controlar cantidades moderadas de aire porque subirá y la presión del aceite lo expulsará por el orificio y el tubo.

Si se abre en forma parcial el tornillo de purga en la parte superior de la cubierta del convertidor mientras funciona, también permitirá que salga algo del aire. Para determinar si hay aire en el convertidor, pare y arranque el motor a la vez que observa el manómetro. La aguja debe bajar de inmediato a cero cuando se pare el motor y subir al ponerlo en marcha. Si tiene movimiento errático en cualquier sentido, es que hay aire en el sistema. Sobrecalentamiento. El sobrecalentamiento es un problema serio en el funcionamiento de un convertidor. La frecuencia e intensidad con que ocurra pueden ser a causa de su construcción, el tipo de trabajo, el

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cuidado del operador, la temperatura ambiente y las condiciones de la máquina. La construcción e instalación son muy especializadas. Un fabricante puede anular la garantía del convertidor si no se utiliza con el motor para el cual está especificado o también si se desarma el convertidor para cambiarle componentes internos para modificar su rendimiento. Esto no es problema del mecánico y si hay mal funcionamiento lo debe informar al dueño de la máquina para que tome las medidas necesarias. El convertidor se puede sobrecalentar con trabajo muy pesado. En igualdad de condiciones, el trabajo muy pesado, por lo general, producirá más calor. Los sistemas de enfriamiento suelen estar construidos para funcionamiento continuo con el 70% de eficiencia, es decir, cuando la potencia de salida es de 70% o más de la potencia de entrada. Si se hace trabajar la máquina durante más de unos cuantos minutos con una pérdida mayor de eficiencia, en particular cuando el convertidor está "al freno", ocurrirá sobrecalentamiento. Si el convertidor no es de tamaño suficiente para el trabajo normal de la máquina, funcionará con poca eficiencia y se sobrecalentará con facilidad. Por lo general, el operador de la máquina puede reducir la carga en el convertidor si pone la transmisión en una "velocidad" más baja o reduce la carga. Cuando usted tenga una queja de sobrecalentamiento del convertidor en un tractor o camión, observe o pregunte al operador si utiliza las

reducciones y métodos adecuados de manejo de la máquina. Si se utiliza una reducción muy baja en la transmisión con el motor a alta velocidad también se puede producir cierto sobrecalentamiento. Este tipo de convertidor se sobrecalentará si se lo deja conectado mientras el motor está en marcha mínima. En estas condiciones, el eje de entrada gira a unos pocos cientos de rpm y puede haber suficiente carga en el eje de salida para detenerlo o que no gire. Esa potencia perdida se convierte en calor; el sistema de enfriamiento pierde eficiencia a bajas velocidades porque hay poca diferencia en presión entre las partes internas y extemas del convertidor. El convertidor no se debe dejar en marcha mínima. Si hay un embrague de cierre en la entrada, desacóplelo; de lo contrario, pare el motor. El aire en el convertidor producirá sobrecalentamiento como se describió. La falta o exceso de aceite es otra posibilidad y es fácil comprobarlo. El problema puede estar en el circuito de enfriamiento, en vez del convertidor o en las condiciones de trabajo. Puede haber interrupción al paso de aire por el radiador por acumulación de hojas o basura en las aletas; el ventilador no funcionará si la banda está rota o se patina o los conductos en el radiador o enfriador pueden tener una obstrucción parcial. Si hay conductos obstruidos en el radiador o enfriador, habrá que limpiarlos con productos químicos o, quizá, cambiarlos.

Embragues, acoplamientos fluidos y convertidores

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Figura 6-20. Causas de sobrecalentamiento del convertidor. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

Selección de reducciones. El

convertidor de torsión modifica la reducción en forma automática en relación en forma infinita con la cantidad de torsión aplicada en el eje de salida para mover la carga. Sin embargo, no siempre ocurre tal como lo desea el

operador ni siempre se puede lograr máxima eficiencia de la máquina. La precisión con la cual el convertidor modifique las reducciones depende de su construcción y las condiciones de trabajo. Se suele reducir su eficiencia cuando la velocidad del eje

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de salida es menos de la mitad de la del eje de entrada. Por ello, los convertidores se utilizan con transmisiones semiautomáticas o automáticas. Con esa transmisión, se puede utilizar un convertidor con menos reducción y respuesta más rápida, a la vez que se aumenta las relaciones entre las rpm del motor y del eje propulsor. Limpieza. Los convertidores se construyen con alta precisión y tolerancias muy exactas. Algunas piezas están asentadas al grado de que sólo se permiten irregularidades en la superficie no mayores de 12 millonésimas de pulgada. El aceite circula a alta velocidad y cualquier cuerpo extraño que arrastre desgastará las orillas, picará las cavidades y huecos en las aspas y les alterará su configuración. Este daño ocurre además del desgaste de cojinetes y sellos que siempre produce el aceite sucio. El convertidor, además de ser de construcción de precisión, y muy sensible a los cuerpos extraños, es muy costoso. Por ello, vale la pena comprobar que todo el aceite esté limpio e inspeccionar, limpiar y cambiar los filtros a intervalos periódicos. Los intervalos recomendados para el cambio de aceite del convertidor son cada 1000 horas o tres meses, lo que ocurra primero. Como el equipo de construcción, a veces, trabaja un promedio de 1000 horas anuales, consulte a los intervalos para cambiar en su taller con el distribuidor de la máquina. Si como ocurre en ciertos convertidores, se emplea combustible diesel tomado del tanque, no se necesita cambiarlo.

El convertidor de tres etapas tiene cuatro puntos de drenaje: en el fondo de la cubierta del convertidor, el tanque de reserva, el filtro y el enfriador (radiador). Hay que abrir los respiraderos en la parte superior para vaciarlo por completo con más rapidez. El convertidor debe estar caliente para que el aceite salga con más facilidad. Siempre que se cambie el aceite hay que cambiar el elemento del filtro y lavar y limpiar la caja. Para llenar, ponga aceite en el enfriador hasta que empiece a salir por el respiradero en la cubierta del convertidor. Cierre el respiradero, ponga aceite por el agujero llenador y coloque el tapón del enfriador. Llene el tanque de reserva hasta 1 in debajo de la marca "FULL" Gleno). Ponga en marcha el motor y téngalo con medio acelerador. Revise si hay fugas por las conexiones y si el manómetro señala la presión correcta. Compruebe el nivel de aceite en el tanque de reserva con la varilla y agregue el necesario. Muchos convertidores se lubrican con su propio aceite, cuando pasa a presión por los cojinetes como parte del sistema de circulación. Sin embargo, el de tres etapas se lubrica por inmersión y salpicado desde un depósito de aceite lubricante o con grasa aplicada en graseras externas. Para separar el aceite del lubricante se emplean sellos para que no se mezclen. Se emplean sellos dobles con un drenaje entre ellos para que el aceite que escapa vaya al tanque de reserva. Con ello, se protege el convertidor contra daños por la dilución

Embragues, acoplamientos fluidos y convertidores

del lubricante que podría ocurrir si hubiera un solo sello entre el aceite del convertidor y el lubricante. Embragues de convertidor. Por lo general, para mayor eficiencia del equipo de construcción, es deseable complementar el convertidor de torsión con uno o más embragues de diversos tipos. El embrague de entrada se coloca entre el motor y el convertidor. Se puede desacoplar para proteger el convertidor contra sobrecalentamiento cuando el motor está en marcha mínima y para evitar el arrastre del eje de salida y de la máquina. Casi siempre se emplea en máquinas que no tienen transmisión o que no la necesitan para moverse. Un embrague de salida es más grande y más costoso, pues tiene que transmitir la torsión multiplicada. Se recomienda cuando hay que hacer cambios en la transmisión con la máquina en movimiento, para desacoplar el eje de mando de la transmisión y que no lo haga girar la inercia del convertidor. Impide el arrastre pero no el sobrecalentamiento cuando está en marcha mínima. Un embrague de cierre del convertidor conecta entre sí los ejes de entrada y salida y el convertidor deja de funcionar. Evita el patinaje y la pérdida de eficiencia durante las maniobras en que no se requieren multiplicación de torsión ni la acción amortiguadora del aceite. Por ejemplo, un camión para fuera de carretera puede necesitar el convertidor para salir de una excavación, pero trabajará mejor con el convertidor ce-

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rrado en un camino plano. Este embrague, a veces, se llama de directa y puede funcionar en forma automática. También se puede utilizar un embrague de un solo sentido, que traba los ejes entre sí cuando el de salida trata de girar a más velocidad que el de entrada o mando. Con ello, se puede aprovechar la compresión del motor como freno en las bajadas. El esfuerzo del convertidor también ayuda a reducir la velocidad de la máquina. Este embrague o el de cierre se necesitan para el manejo en las bajadas. Otra ventaja del embrague de un solo sentido y el de cierre es que, en algunas aplicaciones, permiten empujar la máquina para arrancar el motor lo cual, a veces, es muy importante. Retardador hidráulico. El retardador hidráulico se utiliza para reducir la velocidad de camiones en las bajadas lo suficiente como para detenerlos por completo con los frenos. El retardador consiste en un rotor del tipo de aspas al cual hace girar el eje motor o el de salida del convertidor, un estator o cubierta fija con aspas y un sistema de circulación de aceite. Cuando la cubierta está vacía no hay casi nada de fricción. Cuando se deja entrar aceite, produce una fricción o resistencia que hace más lenta la rotación del eje y convierte esa energía en calor. El grado de retardación o frenaje depende de la cantidad de aceite que entre a la cubierta,

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según se oprima el pedal del retardador. El aceite se puede suministrar y enfriar con el mismo sistema del convertidor o se lo envía a presión desde un cilindro hidráulico y un enfriador o intercambiador de calor. El calor que se desprende es útil para mantener calientes el convertidor o el motor en pendientes muy largas. El retardador hidráulico aumenta mucho la seguridad del manejo en terreno montañoso y permite conducir a velocidades promedio más altas.

Figura 6-21. Retardador hidráulico. (Cortesía de Detroit Diesel Allison Div., G.M.)

Gobernador en el eje de salida. El convertidor de torsión ha hecho posible nuevos tipos y aplicaciones de gobernadores (reguladores). Se debe a que los convertidores, a veces, producen velocidades excesivas en el eje de salida y del vehículo con cargas ligeras, por comparación con la velocidad con plena carga. Suele ser deseable mantener, dentro de ciertos límites, una velocidad constante del eje de salida sin que importen los cambios en la carga aplicada al convertidor. Para obtener este control, es necesario impulsar el gobernador con el eje de salida, para que responda a las variaciones en la velocidad de dicho eje (o sea la velocidad de avance de la máquina) en vez de la velocidad del motor. Una motoconformadora (niveladora) por ejemplo, necesitará toda su potencia al cortar material duro y muy poca potencia para esparcirlo. Si sólo tuviera convertidor de torsión y nada más el gobernador del motor, avanzaría con lentitud con todo el acelerador abierto durante el corte y,

luego aceleraría cuando se redujera la carga, con lo que avanzaría con demasiada rapidez y no habría nivelación adecuada. Si la velocidad del motor se fuera a controlar sólo desde el eje de salida, la velocidad de un bulldozer sería la misma durante el corte y el relleno, excepto si estuviera trabajando a más de su capacidad. Sin embargo, la velocidad del motor podría aumentar demasiado con las cargas pesadas, salvo que también tuviera su gobernador. La instalación del gobernador en el eje de salida consta de dos gobernadores separados: uno impulsado por el motor y, el otro, por el eje de salida del convertidor. Cualquiera de ellos puede cancelar al otro para reducir el suministro de combustible para el motor. La velocidad se puede controlar con uno u otro, según sean sus calibraciones para carga y velocidad. A velocidades de salida menores al valor calibrado, el gobernador en el eje permitirá que el motor funcione a sus rpm gobernadas, pero el goberna-

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Figura 6-22. Bomba hidrostática (de pistón axial en línea). (Cortesía de Deere & Company.)

dor del motor las mantendrá a ese valor. Cuando la velocidad del eje He* ga al valor determinado, el gobernador en el eje cerrará el acelerador lo suficiente para evitar la sobrevelocidad, aunque las rpm del motor sean menores de las que permite su gobernador. Se puede utilizar una sola palanca para controlar la velocidad del motor y del eje de salida; se puede emplear una palanca de control para cada graduación de velocidad del gobernador o una puede ser fija y la otra variable. Se puede emplear una sola palanca para cambiar las rpm del motor desde la marcha mínima hasta las máximas en la primera parte del recorrido de la palanca y la graduación de velocidad del eje de salida en la última parte del recorrido, en donde sus movimientos se emplearían para variar las velocidades de carga, elevación u otras con el motor a sus rpm gobernadas y cualquier posición mantendría una velocidad fija de

avance en cualesquiera condiciones, hasta llegar a la capacidad de la máquina.

IMPULSIÓN ENTRE LA BOMBA Y EL MOTOR HIDRÁULICO Se puede tener impulsión hidráulica mediante una bomba hidráulica rotatoria conectada por mangueras con un motor hidráulico separado y con una válvula de control. Estos componentes se describen en el capítulo 9. Su gran ventaja es que los componentes impulsores e impulsados no necesitan estar juntos y no hay necesidad de que estén alineados. Sin embargo, la eficiencia de estas impulsiones con bombas convencionales (de aspas o engranes) y sus motores, es baja cuando la torsión es alta y la velocidad es baja; por ello, algunos tipos sólo se pueden emplear para mover accesorios pequeños.

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Cuando se utilizan las bombas hidrostáticas de pistón y los motores descritos a continuación, se puede obtener un alto grado de eficiencia y un control muy preciso. Se pueden emplear para accionar accesorios o pueden ser de tamaño suficiente para transmitir toda la potencia del motor. Los motores de aspas de rotación parcial, llamados también cilindros de aspas pues suelen ser muy largos en relación con su diámetro, tienen una aspa o grupo de ellas fijo que impiden una revolución completa y hay orificios dispuestos para movimiento reciprocante en vez de rotatorio. Bomba de pistón (hidrostática). El nombre completo de esta bomba es bomba de pistón axial en línea; también hay otro tipo que tiene un eje descentrado. El término axial significa que el movimiento del pistón es paralelo con su eje de rotación. También hay bombas de pistones radiales. A estas bombas, a los motores casi idénticos que impulsan y a los sistemas de propulsión en que se emplean se les llama hidrostáticos. Este nombre no es adecuado, pues en términos estrictos, hidrostática significa presión hidráulica sin movimiento, como podría ser el empuje del agua o de suelo húmedo contra el ademado en una excavación. Pero toda la industria ha aceptado el nombre de hidrostático y así se les llamará aquí. La bomba hidrostática de pistones axiales (Figs. 6-22 a 6-26) consta de cierto número de pistones (cinco

Figura 6-23. Bomba hidrostática de desplazamiento fijo. (Cortesía de Deere & Company.)

o más) dentro de un bloque de cilindros rotatorio. Los pistones están paralelos con el eje de rotación y tienen sus cabezas en contacto deslizable con una placa fija, inclinada, llamada placa oscilante y, a veces, excéntrica. La cubierta tiene dos orificios que conducen aceite a baja presión desde una bomba de alimentación o carga; pasa por una válvula de retención ("check"), un tubo abierto, y por una salida hasta los pistones. En una posición de bombeo, la placa oscilante se inclina y se separa del orificio superior y se convierte en una entrada. La presión de carga empuja los pistones a fondo en los cilindros hasta que sus cabezas empujan contra la placa. Cuando gira el bloque, se cierra el orificio de entrada y la inclinación de la placa empuja a los pistones de retorno en los cilindros porque aplica una alta presión de aceite contra ellos. Más o menos a una distancia de

Embragues, acoplamientos fluidos y convertidores

media vuelta de la entrada, se expulsa el aceite por la salida, pasa por un circuito para el motor y regresa a la entrada a la bomba. Los pistones tienen un ajuste muy preciso en los cilindros y no deben dejar pasar aceite, excepto una película delgada para lubricación. Con cualquier ángulo; de la placa oscilante, el desplazamiento (la cantidad de líquido bombeada con cada revolución del eje) y la presión potencial son iguales, sin que importe si el motor está en marcha mínima o a la velocidad máxima. En una bomba hidrostática de desplazamiento fijo, no se puede cambiar el ángulo de la placa oscilante. Las bombas de engranes y de aspas también son de desplazamiento fijo pero no tan exacto, debido al escape de la presión hacia el lado de entrada. Ese escape o fuga aumenta cuando se emplea aceite muy delgado o por el desgaste de la bomba y es proporcionalmente mayor a bajas que altas velocidades. Desplazamiento variable. El desplazamiento y la presión de la bomba hidrostática dependen del ángulo de la placa oscilante. Si se aumenta la inclinación, se alarga la carrera de los pistones y aumenta el volumen del líquido bombeado. Ese ángulo más pronunciado reduce la intensidad del efecto de empuje, con lo cual se produce menos presión. Si se aplana el ángulo de la placa se tiene el efecto opuesto, es decir, se reduce el volumen y se aumenta la presión.

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Figura 6-24. Funcionamiento de la bomba hidrostática. (Cortesía de Deere & Company.)

Si la placa está recta, en ángulos rectos con el eje de rotación, los pistones no se moverán en los cilindros, no se moverá el aceite y no habrá consumo de potencia. Si se invierte el ángulo de la placa, la bomba succionará el aceite en el orificio que era la descarga y lo enviará hacia lo que era la entrada. Con esto se invierte la circulación en el sistema, con lo cual un motor impulsado por la bomba puede girar en cualquier sentido, determinado por la posición de la placa oscilante. Control con la placa oscilante. El ángulo de la placa oscilante en las bombas de desplazamiento variable se puede regular con un control manual, uno automático o ambos. El control manual puede ser una placa para tener un centro neutral y, luego, se aumenta la velocidad en forma gradual con el movimiento de la palanca desde neutral. En un recorrido para avance, el movimiento de la palanca al frente sirve para el avance; al moverla hacia atrás el movimiento es en reversa. Con esta disposición, la palanca de control hace las funciones de una pa-

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Figura 6-25. Motor de pistón de desplazamiento fijo. (Cortesía de Deere & Company.)

lanca selectora y un embrague, y se tienen cambios graduados infinitos en la relación velocidad:potencia, así como un sistema de desconexión. Un control automático en una excavadora depende de las rpm del motor. Si éstas caen a menos de las establecidas con el acelerador porque una excavación en suelo duro puede hacer más lento el movimiento del cucharón, entonces una válvula de flujo en un circuito de control reduce el ángulo de la placa oscilante y, con ello, el volumen de flujo en el cilindro del cucharón, con lo que se aumenta la presión en él y se reduce la carga en el motor para que pueda volver a la velocidad regulada. Este efecto es más o menos similar al que se logra al mover la palanca selectora (palanca de cambios) de la transmisión a una "velocidad" más baja, pero los ajustes se pueden hacer bajo potencia y con suavidad a cualquiera de un número infinito de reducciones.

descrita. El aceite a alta presión que viene de la bomba entra a los cilindros en el lado alto de la placa oscilante. Los pistones bajan por esta pendiente, hace que gire el bloque de cilindros y un eje de salida conectado en él. El tubo de descarga del motor es el tubo de entrada de la bomba. Se acostumbra tener un placa oscilante en la bomba y una fija en el motor. Pero, cuando se impulsan dos motores de diferentes capacidades desde una sola bomba, ambos tienen placas oscilantes. Un circuito hidrostático, muchas veces, es un cuadro cerrado que incluye una bomba (con su bomba de carga), un motor y un par de tubos de conexión. La bomba y el motor pueden estar en un solo bloque con conductos taladrados para el aceite o pueden estar a mucha distancia entre sí y conectados con tubos o con mangueras. Un depósito y filtro de aceite pueden alimentar uno o varios circuitos. La construcción en el bloque puede servir como transmisión con velocidad y sentido de movimiento variable

Circuito hidrostático. Un motor

hidrostático es muy semejante a la bomba de pistón axial en línea ya

Figura 6-26. Circuito hidrostático.

Embragues, acoplamientos fluidos y convertidores

o también tener impulsión en ángulo. Los componentes separados también permiten sustituir a los ejes, engra-

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nes o cadenas, más o menos complicados, por tubos y mangueras hidráulicos más adaptables.

Preguntas de repaso del capítulo 6 Las respuestas aparecen al final del libro, después del índice. 1. ¿En qué equipos se emplean los embragues del tipo de expansión interna? 2. Un acoplamiento fluido se debe llenar más o menos un ___________ . 3. Un convertidor de torsión por lo ge neral debe tener un ___________ externo. 4. ¿Qué tipo de embragues no pueden patinar? 5. El gobernador en el eje de salida se utiliza con el ______________ . 6. Una carga de choque en un embrague de seguridad lo hace que ten ga un ligero _________________ . 7. Los forros (pastas) de un disco de embrague se deben gastar ______

11. Un embrague de tipo húmedo funciona en ___________________ . 12. Los embragues de disco no son del tipo de ____________________ . 13. Los resortes del plato de presión del embrague pueden tener una carga de __________________ . 14. La selección de reducciones en el convertidor de torsión es _______

8. El plato de presión del embrague gira junto con________________. 9. El sobrecalentamiento de los convertidores de torsión es _______

18. Un arrastre del embrague que ocurre sólo cuando está frío _______

10. No hay excusa para dejar que un convertidor de torsión funcione en

15. El volumen y presión de una bomba hidrostática se regulan por la posición de _________________ . 16. Los retardadores hidráulicos se controlan por la cantidad de ____ 17. Se pueden utilizar discos de cerámica en lugar de forros en______

19. Un freno en el embrague ayuda a evitar las demoras para hacer ___ 20. ¿Cuánto aire se necesita dentro del convertidor de torsión?

7 Transmisiones Una transmisión es un grupo de engranes y ejes que permiten hacer uno o más cambios en la relación velocidad-potencia de un eje de mando impulsado por el motor. Por lo general, está detrás del embrague del motor. Puede ser del tipo de una velocidad o reducción, como por ejemplo, en el mando final en donde un piñón impulsado por el motor acopla con un engrane más grande que hace girar las piezas funcionales. Sin embargo, el término transmisión se destina para la que tiene dos o más reducciones de engranes y que por lo general está conectada atrás del embrague del motor.

CONSTRUCCIÓN Dos velocidades. La figura 7-1 es un diagrama de la transmisión del tipo selector más sencillo, que es un auxiliar de dos velocidades para avance. Un eje impulsado por el motor llamado eje de embrague, eje piloto o eje intermedio tiene un engrane principal que acopla con un engrane más grande montado con estrías en la parte delantera del contraeje;

éste tiene un engrane fijo más pequeño que se puede acoplar con un engrane desplazable en el eje principal. El eje principal es una continuación del eje intermedio y puede girar por separado en la reducción baja o se pueden conectar entre sí en reducción alta con un embrague de mordazas. La mordaza fija del embrague está montada en el eje intermedio, y la mordaza desplazable en las estrías en el eje principal. La mordaza deslizable se embona contra un embrague que puede estar acoplado con el engranaje del contraeje. Esta combinación de engrane y mordazas se controla con una horquilla y collar de cambios que los deslizan o desplazan hacia el frente para conectar el embrague y desconectar el engrane; luego, hacia el centro para que ambos estén desacoplados y hacia atrás para que sólo acople el engrane. Cuando se acopla el embrague de mordazas, se transmite la potencia en línea recta a lo largo de la transmisión como si tuviera un solo eje y el contraeje gira sin hacer ningún trabajo. A esto se le llama posición de

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una cavidad en el eje intermedio o en la mordaza. Ambas mordazas, por lo general, serían dientes cortados en el cubo de los engranes correspondientes. Reversa. Para hacer el cambio a reversa se utiliza un eje loco de reversa paralelo con el eje principal y el contraeje que tiene dos engranes fijos; uno que acopla con un engrane en el contraeje y, el otro, con el engrane desplazable sobre el eje principal.

Figura 7-1. Transmisión de dos velocidades.

directa o alta. Cuando se desacoplan el embrague y el engrane, la transmisión está en neutral y no recibe potencia. Cuando se acoplan los engranes, la impulsión pasa del eje motor al contraeje y desde éste al eje principal, con lo cual se acoplan dos pares de engranes que pueden fabricarse en relaciones para producir cualquier aumento en la potencia por medio de la reducción en la velocidad. El diagrama está muy simplificado para mayor claridad. En una transmisión real el eje principal sobresaldría por el frente cierta distancia y la punta se apoyaría en un cojinete piloto (cojinete pequeño antifricción) en

Tres velocidades. En la figura 7—2 se ilustra una transmisión con tres velocidades hacia el frente y una en reversa. El engrane fijo del contraeje impulsa un grupo compuesto de tres engranes fijos fabricados en una pieza; el delantero es el más grande y el trasero el más pequeño. El engrane central acopla con el engrane en el eje loco o de reversa. Una combinación de mordaza y engrane desplazable, similares a los de la transmisión de dos velocidades, se desplazan hacia el frente en el eje principal para acoplar con la mordaza del eje intermedio cuando se pone la transmisión en directa y se los mueve hacia atrás para acoplar con el engrane grande en el tren de enEje impulsor principal

Figura 7-2. Transmisión de tres velocidades y reversa, en neutral.

Transmisiones

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Figura 7-3. Transmisión de cuatro velocidades. (Cortesía de Borg-Warner Corp.)

granaje para segunda velocidad. Hay otro engrane desplazable en el eje principal al cual se mueve hacia el frente para acoplar con el engrane pequeño del tren de engranaje para hacer el cambio a primera velocidad o hacia atrás para que acople con el engrane de reversa en el eje loco. El eje intermedio y el eje principal giran en el mismo sentido siempre que están conectados de forma directa por los dos engranes en el contraeje, sin que importe la reducción. Para invertir la rotación del eje principal se utiliza un engrane loco de reversa. Véase la Fig. 1—9 para este efecto. En la figura 7-3 se ilustra una transmisión de cuatro velocidades al ferente y una en reversa; no se ilustra el eje loco. Auxiliares. Los camiones y tractores grandes, a veces, tienen dos

transmisiones en serie; la potencia del motor pasa por una y luego por la otra. La más pequeña se llama auxiliar. En los tractores, la auxiliar puede tener una reducción alta y una baja o una posición para avance y una para reversa. En los camiones, puede tener desde dos hasta cuatro reducciones para avance. Los camiones pueden tener eje trasero de dos velocidades, esto significa que pueden hacer un cambio de baja a alta en el diferencial, que tiene el mismo efecto que una transmisión auxiliar de dos velocidades. Para encontrar el número de "velocidades" se multiplican las de las dos transmisiones. Por ejemplo, un jeep puede tener transmisión principal con tres velocidades al frente y una en reversa y una auxiliar para alta y baja. Con ello, tiene seis velocidades al frente y dos en reversa.

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Figura 7-4. Transmisión de diez velocidades de doble reducción. (Cortesía de Fuller Transmission Division.)

Las dos transmisiones, como en el jeep, pueden tener cajas separadas con palancas individuales, o bien, pueden estar en una sola caja con una o dos palancas selectoras. En la figura 7-4 se ilustra una transmisión con auxiliar, de cinco velocidades hacia el frente y una reversa en la principal y una unidad auxiliar con cambio eléctrico de dos velocidades. Note que el eje principal se extiende a todo lo largo de la transmisión pero los contraejes están separados. Esta transmisión es del tipo sincronizado, que se describe más adelante. Retenes. Los engranes fijos se sujetan en su lugar en los ejes en diferentes formas. Se emplean arillos seguros elásticos que se instalan en una ranura en el eje, en forma similar a la de un anillo de pistón, y que sobresalen lo suficiente para evitar que el

cubo del engrane se mueva en el eje. Se instalan y se desmontan con herramientas especiales. Los arillos seguros también se pueden ensanchar en sus ranuras en las cajas o retenes para la sujeción de los cojinetes. También se utilizan arandelas espaciadoras colocadas entre los engranes para mantener una separación determinada entre ellos. También hay arandelas de seguro que se corren a lo largo de un eje estriado hasta una ranura circular, se los gira dentro de ella para que no se salga de su lugar y se fija en está posición con una cuña o seguro. Además, los engranes fijos, por lo general, se instalan a presión en el eje, con lo cual estos seguros son sólo para dar protección adicional contra el movimiento. El empuje lateral de los engranes helicoidales de la transmisión se aplica en su eje, que está sujeto con co-

Transmisiones

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Figura 7-5. Componentes del contraeje. (Cortesía de Fuller Transmission Division.)

jinetes de rodillos cónicos o de empuje, fijos con retenes y tapas, por lo general en el exterior de la caja. En ocasiones, un componente o conjunto se fija con una espiga colocada en un lado de la caja o con uno o más prisioneros. Mecanismo de cambios. Un engrane o mordaza desplazables tienen por lo común, un collar profundo llamado collar en un lado. Una horquilla de cambios se coloca en esa ranura para mantenerlos en su lugar y moverlos de una posición a otra. Una extensión superior del collar está conectada con un riel de cambios recto, al cual mueve hacia el frente y atrás la palanca de cambios. Se mantiene en cada una de sus dos o tres posibles posiciones mediante rebajos en uno de los cuales penetra un balín empujado por un resorte. Este sistema se llama retén de balín. El riel puede tener una o dos horquillas y controla la posición de uno o dos engranes o sus sincronizadores. En una transmisión de cuatro velocidades (incluida la reversa) se utilizan cuando menos dos rieles; en las de

cinco o seis velocidades, cuando menos tres. El lado superior de cada riel u horquilla tiene un par de bloques de cambios pequeños con un espacio entre ellos en donde puede acoplar el extremo inferior de la palanca de cambios. Cuando una transmisión está en neutral, los bloques están alineados, con lo cual la palanca de cambios se puede mover hacia cualquier lado de modo que el saliente u oreja en la

Figura 7-6. Engrane desplazable de dientes rectos, con collar. (Cortesía de Phila-delphia Gear Works.)

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Figura 7-7. Mecanismo de cambios. (Cortesía de Spicer Manufacturing Co.)

parte inferior acople con cualquiera de los rieles. Cuando la transmisión se utiliza para empujar un riel hacia adelante o hacia atrás, deslizando un engrane dentro de un acoplamiento, como suele ocurrir, hay que volverla a neutral antes de hacer otro cambio de "velocidades". El retén de balín apropiado actúa por medio del riel y la horquilla, mantiene acoplado el engrane. Si se "salta" la palanca del engrane puede significar que el riel no se movió lo suficiente para acoplar el rebajo con el balín, que el resorte está débil o que el balín o el rebajo están deficientes, o que alguna deficiencia en la transmisión permite que el engrane tenga suficiente empuje lateral para vencer la resistencia del retén.

Cambios de velocidades. Un cambio satisfactorio de una transmisión simple depende del embrague colocado entre el motor y ella. Cuando está "en velocidad" no se puede desacoplar ni cambiar porque la presión impide que se separen los dientes. Cuando está en neutral no se puede cambiar a ninguna "velocidad" salvo que los dos grupos de dientes que se van a acoplar giren más o menos a la misma velocidad. Para hacer los cambios con la máquina parada y el motor en marcha, se desacopla el embrague, se da tiempo para que el eje intermedio pierda velocidad o se detenga y se hace el cambio. Si los dientes no acoplan, se vuelve a acoplar el embrague un instante para que el engrane del eje de mando gire a

Transmisiones

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Figura 7-8. Patrones de cambios.

otra posición y se intenta otra vez el cambio. Para cambiar con la máquina en movimiento, se desacopla el embrague para quitar la carga en los engranes y se mueve la palanca de cambio a neutral. Si el cambio es de baja a alta, el eje intermedio girará con demasiada rapidez para poder acoplar los engranes. Con el embrague desacoplado el eje intermedio ya no está conectado con el motor por lo que pierde velocidad y se puede hacer el cambio. Si se cierra el acelerador durante el cambio, se puede reducir el tiempo de espera si se desacopla y acopla el embrague (doble embrague) con la transmisión en neutral, porque el motor pierde velocidad con más rapidez que el eje que gira libre. Si el cambio es de alta a baja, el eje intermedio girará con mucha lentitud. Se hace el cambio a neutral, se vuelve a acoplar el embrague, se acelera el motor, se hace el cambio y se suelta el pedal o la palanca. Puede haber un freno de embrague instalado en el eje intermedio para impedir que gire cuando se desacopla

el embrague. Con ello, se facilita el cambio de baja a alta, pero puede dificultar más el cambio de alta a baja. Patrones de cambios. Hay muchos patrones de cambios diferentes con distintas transmisiones. Son muchos para que usted o el operador los tengan en la memoria. En muchos trabajos hay una gran rotación de operadores y una persona que trabaja con una máquina que no conoce puede perder mucho tiempo para encontrar las reducciones de la

Figura 7-9. Componentes del sincronizador.

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Figura 7-10. Transmisión cíclica. (Cortesía de Detroit Diesel Allison Div., General Motors.)

transmisión que debe utilizar. Incluso aunque lo sepa, puede olvidarlo y cometer más errores salvo que las posiciones de la palanca selectora estén grabadas en la perilla o en una placa colocada en el tablero u otro lugar visible. Casi todos los vehículos y máquinas tienen esta información grabada en la perilla de la palanca o en una placa o calcomanía que se coloca en la fábrica, pero la grasa, la pintura o el uso pueden quitarlas. Compruebe que esta información esté visible y, si es necesario, límpiela o vuelva a marcarla con pintura. Acoplamiento constante. En una transmisión de acoplamiento

constante, los engranes del eje principal pueden estar fijos en un lugar y acoplados en forma continua con los engranes del contraeje o del eje loco. Los engranes del eje principal giran libres, excepto cuando se los fija con una mordaza de embrague que se desplaza a lo largo de las estrías y acopla con los dientes o cubo interno del engrane. Las mordazas se controlan con la palanca selectora y collares de cambios igual que los engranes. En una transmisión de acoplamiento constante los cambios son más rápidos y silenciosos, debido a la forma especial de los dientes en el cubo y la baja velocidad del cubo con relación con los dientes. Se pueden

Transmisiones

utilizar engranes helicoidales que son más silenciosos. Se pueden usar ambos tipos de engranes en una transmisión. En algunos camiones es usual tener primero un engrane desplazable de dientes rectos y, los otros, de acoplamiento constante. El engrane de directa es fijo. En el contraeje de una transmisión de camión (Fig. 7-5) todos los engranes son helicoidales de acoplamiento constante excepto los de la toma de potencia y el de reversa. Los engranes helicoidales producen un fuerte empuje lateral, que ya se tiene en cuenta al diseñar la transmisión. Sincronizadas. Una transmisión sincronizada es del tipo de acoplamiento constante, pero contiene sincronizadores que son cubos y tambores y arillos, que acoplan entre sí antes de que se toquen los cubos de engranes a fin de producir suficiente fricción para reducir la velocidad del eje intermedio, para que todas las mordazas giren a la misma velocidad y acoplen con suavidad. Los sincronizadores son el método más rápido y suave para el cambio de velocidades en las transmisiones manuales. Se pueden emplear en todas las "velocidades" o sólo para las reducciones más altas. Además, se necesitan para cambios a control remoto por aire o por electricidad. Cambios bajo potencia. Las transmisiones en las cuales se pueden hacer los cambios mientras transmiten toda la potencia del motor se llaman de cambios bajo potencia.

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Figura 7-11. Modelo de caída corta. (Cortesía de Detroit Diesel Allison Div., G.M.)

En estas transmisiones, por lo general, se emplean embragues de discos múltiples para controlar el acoplamiento constante de engranes del tipo normal o de planetarios. Los cambios se hacen con presión hidráulica. Su acción puede ser desde tironeos amortiguados hasta cambios muy suaves, en especial en las más modernas, a las cuales, a veces, se les llama de "cambios suaves", porque no hay choque de engranes. Las transmisiones de cambios bajo potencia suelen estar acopladas con un convertidor de torsión que absorbe las cargas de choque en el tren propulsor ocasionadas por cambios en las reducciones de engranes. Las transmisiones se pueden construir específicamente para funcionamiento cíclico (cargadores o bulldozers) o para funcionamiento de viraje (en camiones o escrepas). Transmisión cíclica. La transmisión Allison cíclica (Fig. 7-10) es de doble turbina, con planetarios de acción vertical, con cuatro velocidades para avance y dos en reversa.

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Figura 7-12. Transmisión "Dual Path" de doble trayectoria. (Cortesía de Detroit Diesel Allison Div., G.M.)

El convertidor de doble turbina produce, en forma automática, dos velocidades o reducciones para avance, pues cada turbina está conectada con un tren de planetarios diferente. Estos planetarios están conectados con los engranes planetarios de reducción, que consisten en un tren de planetarios para reversa y baja más un embrague de directa. Los cambios de reducción se hacen por medio de una válvula de control que dirige el aceite a presión a embragues de discos múltiples, que sujetan o liberan componentes de los planetarios para tener cambios de "velocidades". Cada una de las dos turbinas del convertidor hace girar un engrane de combinación o transferencia para impulsar a los planetarios para avance y reversa. Cuando se inicia la marcha del vehículo, la circulación de aceite dentro del convertidor hace que gire la primera turbina e impulse un engrane de combinación de baja velocidad para aplicar una alta torsión en los otros engranes de avance. Conforme aumenta la velocidad del vehículo, la segunda turbina es la

Figura 7-13. Control automático eléctrico de cambios. (Cortesía de Detroit Diesel Allison Div., G. M.)

que impulsa y con el engrane de combinación de alta, impulsa con menos torsión pero con más velocidad a los engranes de avance. Cuando la segunda turbina gira a altas velocidades, la primera turbina y su engrane de combinación giran libres. Con ello, se tienen dos velocidades automáticas con el convertidor de torsión que se combinan con dos velocidades en los planetarios para avance y se tienen cuatro velocidades para avance. Para la reversa, que tiene un solo tren de engranes, sólo se tiene la acción automática de 2 velocidades con el convertidor. La transmisión de doble turbina o cíclica está disponible en diversas configuraciones, varias capacidades y con muchas opciones. Éstas incluyen caída larga y caída corta, que significan mayor o menor distancia

Transmisiones

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Figura 7-14. Transmisión Torqmatic de tres velocidades. (Cortesía de Detroit Diesel Allison División, General Motors.)

entre la línea de centros del eje de mando o entrada y el de salida. La reducción para avance y reversa puede ser la misma, pero casi siempre la reversa es más rápida (2.66 a 1.96). Algunos modelos incluyen un freno dinámico, hidráulico, de discos múltiples para enfrenar el vehículo. La capacidad de caballaje varía entre 70 y 235, mediante la combinación correspondiente de tamaños del convertidor de torsión, tamaño físico de la transmisión y discos de embrague. En la figura 7-11 se ilustra una transmisión pequeña de caída corta

con reducciones iguales para avance y reversa. Transmisión para transporta-

dores. Las transmisiones Allison de cambios bajo potencia para transportadores (máquinas para acarreo) se especifican para motores de 100 a 1000 hp. Por lo general, tienen seis velocidades hacia el frente y una reversa, y constan de convertidor de torsión, embrague de cierre, retardador hidráulico, planetarios divisores y planetarios de reducción para avance y reversa. La transmisión del modelo Dualpath es la más grande y reciente.

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Figura 7—15. Transmisión automática. (Cortesía de Detroit Diesel Allison Div., General Motors.)

Divide el paso de la potencia por los engranes para tener una construcción más compacta y ligera de peso. En primera velocidad, la torsión del convertidor la transmite el eje principal hasta un tren de planetarios de combinación, de trabajo pesado para primera velocidad, que está conectado con el eje de salida. En cada "velocidad" sucesiva (segunda hasta sexta) la potencia del convertidor de torsión se divide entre el eje principal y una sección de planetarios. Cuando se hacen los cambios ascendentes en la transmisión para aumentar la velocidad del vehículo, se envía un porcentaje creciente de potencia por los planetarios a lo largo de un eje externo hueco y el eje principal o interno transmite un menor porcentaje. Esta "doble trayectoria" de po-

tencia se logra con los planetarios combinados de primera velocidad. Esta transmisión tiene, como opción, un cambio eléctrico automático. Automáticas. Las transmisiones automáticas que cambian la relación de engranes sin intervención del conductor, mientras transmiten toda la potencia del motor se llaman automáticas. Por lo general, usan cierto número de embragues de discos múltiples para controlar los trenes de engranes planetarios. Los cambios automáticos se efectúan por la presión hidráulica o con señales eléctricas que son proporcionales a la velocidad del vehículo, pero se modulan o regulan con una señal hidráulica o eléctrica de la posición del acelerador. Véase la Fig. 7-13.

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Estas transmisiones tienen convertidor de torsión, pues son indispensables por sus propiedades de amortiguación de choques y multiplicación de la torsión. Muchas automáticas son del tipo básico de cuatro velocidades para avance y una reversa, con engranes planetarios. También hay modelos de cinco y de seis velocidades. En algunas transmisiones de cuatro velocidades se puede utilizar un tren de planetarios de "primera baja" para eliminar la necesidad de una transmisión auxiliar en instalaciones para trabajo muy pesado.

SERVICIO Lubricación. Casi todas las transmisiones de cambios manuales tienen lubricación por inmersión y salpicado. La caja tiene un tapón para llenar en un lado, por el cual se bombea un aceite especial de viscosidad SAE 80 o 90 hasta que empieza a escurrir. Hay que comprobar a intervalos periódicos si el nivel de aceite llega hasta el agujero para llenar y agregar el necesario. El aceite se cambia por lo general dos veces al año; para ello, se quita el tapón de vaciar en la parte inferior cuando el aceite todavía está caliente. Si el aceite está demasiado sucio o se nota que está diluido, se puede poner en la transmisión un aceite delgado, se la hace funcionar unos minutos para lavar el interior, se vacía y, luego, se llena con el lubricante recomendado. Se recomiendan los tapones magnéticos para los agujeros de llenar y vaciar. Si tienen partículas de metal o

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limaduras adheridas, hay que desarmar de inmediato la transmisión para inspeccionarla y repararla. Los engranes del contraeje funcionan sumergidos en forma parcial en el aceite y elevan el aceite con sus dientes hasta los engranes del eje principal, desde donde escurre para lubricar todos los dientes de engranes, bujes y cojinetes. Es un método sencillo y confiable pero puede haber demasiada fricción en frío porque los engranes "baten" el lubricante que está más espeso y no hay una lubricación tan rápida y eficaz como cuando se emplea la bomba. La lubricación mediante la bomba se utiliza en transmisiones de cambios bajo potencia que se describen más adelante. Sin embargo, a veces, se instala una bomba auxiliar en el exterior de la caja para circular el aceite por un filtro que elimina las partículas de metal y otros cuerpos extraños. Entrecierre de cambios. Los mecanismos de cambios de velocidades en algunos tractores pueden tener un entrecierre que no permite hacer ningún cambio si el embrague no está desacoplado. Sirve como protección contra un posible descuido y, también impide que se "salten" las velocidades bajo carga por desgaste o mal ajuste. Si en un tractor no se puede hacer ningún cambio de velocidades, busque de inmediato si hay algún problema en el varillaje del entrecierre de cambios. Además de ser la causa más probable del problema también es el más fácil de revisar. Desconecte

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Ajuste del mecanismo de entrecierre 3. Palanca de entrecierre. 6. Tope. 7. Palanca. 8. Tuerca. 9. Varilla. 10. Yugo.

Figura 7-16. Mecanismo de entrecierre. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

el varillaje en cualquier punto y desacople el extremo que controla los cambios. Si ahora se puede mover la palanca de cambios, allí se encuentra la dificultad. La palanca se puede mover en una ranura en L al hacer un cambio; para impedir que se mueva de una posición, hay que moverla hacia un lado dentro del extremo pequeño de la L. Mecanismo de cambios. Muchos mecánicos examinan primero el mecanismo de cambios cuando hay un problema en la transmisión, pues es el componente más fácil para desmontarlo y repararlo. En un camión o un tractor, por lo general, sólo hay que quitar las placas del piso y desconectar los accesorios para desmontarlo. La cubierta del mecanismo de cambios, por lo general, se desmonta con la palanca selectora en neutral. Pero consulte su manual de taller —en una transmisión que se utiliza mucho para camiones pesados y escrepas, hay que ponerla en según-

da velocidad al sacar la cubierta—. Primero, limpie con cuidado toda la parte superior de la transmisión, en particular alrededor de la palanca de cambios y en los bordes de la placa o brida superior. Saque los tornillos de sujeción de la torre de cambios, sáquela junto con la palanca selectora y póngala donde no estorbe. Ahora, saque los tornillos alrededor de la placa o brida de la cubierta del mecanismo de cambios, sáquela y póngala en un banco de trabajo limpio en posición invertida. No haga fuerza para sacarla, pues si la palanca no está en la posición especificada, se pueden doblar las horquillas. El mecanismo de cambios es muy sensible al desgaste o imperfecciones y se debe examinar con mucho cuidado. Se sacan los balines y resortes del retén por arriba o por abajo. Los resortes deben tener la misma tensión, los balines deben ser del mismo tamaño y sin puntos planos. Son componentes de bajo costo relativo y los debe cambiar si hay cualquier duda de sus condiciones e instalar otros nuevos. A veces, se puede aumentar la tensión de un resorte si se pone una arandela de fibra en el asiento. Los bloques de los rieles de cambios y el perro de la palanca selectora que acopla con ellos deben estar absolutamente a escuadra y tendrán filo. Si hay cualquier redondeamiento, existe la posibilidad de que se desplacen hacia un lado y traben la palanca o bien, que se salten de su lugar, con lo cual no funcionará ninguna parte del mecanismo. Las piezas gastadas se deben cambiar, pero se pueden rellenar con soldadura y limpiarlos o

Transmisiones

esmerilarlos al tamaño y forma correctos. Hay que comprobar que las horquillas de cambio estén bien apretadas en los rieles para ver si hay desgaste disparejo que indique que están torcidas. Hay que alisar los puntos ásperos en las horquillas y los collares de cambios. Consulte los ajustes y tolerancias en el manual de taller.

DESMONTAJE Si hay algún problema en la transmisión, suele ser necesario desmontarla del camión o la máquina. Algunas transmisiones se pueden desarmar sin desmontarlas, pero son raras, y a veces representan más trabajo que desmontarlas y pasarlas al caballete de trabajo. En los tractores sobre orugas, los tractores con propulsión en dos ruedas y en los camiones pequeños y grandes hay diferentes problemas. Casi todos los tractores sobre orugas tienen la caja de la transmisión atornillada en la cubierta de los ejes traseros y está separada de la cubierta del volante por un eje corto con dos uniones universales. El procedimiento general es trabar la transmisión, soportarla, desatornillarla en los ejes y en los soportes del bastidor, desmontar el eje y sacarla como conjunto. Pero puede ser necesario desmontar la cubierta del embrague para tener espacio. Por lo general, estos componentes tienen ganchos o lugares en donde enganchar una garrucha para levantarlos. Las transmisiones pueden ser muy pesadas y hay que moverlas hacia el frente antes o

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durante el levantamiento para que el piñón cónico del eje de salida no toque la cubierta trasera. En algunos tractores sobre orugas antiguos es necesario desmontar el motor. Puede ahorrarle trabajo si desmonta toda la parte delantera del tractor. Los tractores pequeños y medianos con tracción en dos ruedas no suelen tener bastidor, así que al separarlos para desmontar la transmisión quedan dos secciones separadas y sin ningún apoyo. Por lo general, se ponen soportes en la parte trasera del motor o en la cubierta del volante y se soporta la sección trasera con una carretilla o un gato de piso para poder moverla hacia atrás una vez desatornillada. La transmisión se puede soportar en una carretilla y/o con bloques. Hay que levantarla lo preciso con el gato para eliminar la presión lateral en los tornillos de montaje, pues en otra forma será difícil sacarlos y se les pueden dañar las roscas. Hay que tener mucho cuidado para no dañar los ejes que sobresalen y sobre todo para que no se caiga de la carretilla o los bloques, pues se pueden dañar mucho e incluso producir una lesión. En ocasiones, es más seguro y fácil soportar, levantar y mover la transmisión con una garrucha con cadena o una grúa pequeña. Hay que tener mucho cuidado para no dañar los ejes y engranes que sobresalgan en las partes delantera y trasera. En los camiones y en los tractores sobre ruedas, por lo general la transmisión está instalada de modo que se pueda sacar completa junto con la

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

Figura 7-17. Transmisión de cinco velocidades. (Cortesía de Fuller Transmission Division.)

cubierta del volante. Se desconecta el eje propulsor en la unión universal delantera y se mueve a un lado en donde no estorbe. Se sacan los tornillos de sujeción de la transmisión al bastidor y se separa la cubierta del volante en el motor. Se corre el conjunto hacia atrás hasta que el eje de mando salga del embrague y luego bájela sobre una carretilla o algún soporte. Puede ser necesario levantar el vehículo con gatos o una grúa para poder sacar la transmisión por debajo del bastidor. En los camiones pequeños, es posible desmontar la transmisión sin mover la cubierta del embrague.

Accesorios. La descripción anterior hace que el trabajo parezca muy fácil, porque no se mencionan los accesorios y aditamentos que se deben desmontar de la caja de la transmisión antes de sacarla y, quizá, antes de poder tener acceso a ella. Casi todas las transmisiones tienen un cable de velocímetro que se debe desconectar y mover a donde no estorbe. Es posible que haya varillaje para un freno del embrague y, quizá, para mecanismos que impiden el acoplamiento del embrague si no se ha hecho el cambio completo de engranes, o bien, que se hagan los cambios si el embrague no está desacopla-

Transmisiones

do por completo. El varillaje del embrague penetra en la cubierta del volante y puede tener puntos de pivoteo en la cubierta y en la caja de la transmisión. Habrá que desconectar el varillaje y el eje de la toma de fuerza. Puede haber una grasera y un tubo para el cojinete de desembrague. Puede ser necesario desmontar las conexiones para aire o hidráulicas y piezas que sean parte de la transmisión o sólo estén montadas en ella. Quizá se necesitará desmontar la toma de fuerza externa, la bomba hidráulica o el freno de estacionamiento montado en el eje propulsor para alcanzar los tornillos de montaje o para tener sitio y mover la transmisión para sacarla. Las placas del piso, travesaños del bastidor y otro equipo pueden restringir mucho el acceso a las piezas. A menudo puede haber duda de si se tardará más tiempo en desmontar y volver a instalar esas obstrucciones o trabajar junto a ellas. Planeación. Si no efectúa un trabajo como el descrito en la forma correcta, puede perder demasiado tiempo o no lograr nada. Hay tres formas correctas para hacerlo. Una es utilizar el manual del taller y el catálogo de piezas del fabricante. Le pueden dar excelentes instrucciones paso a paso o contener suficiente información e ilustraciones como orientación. La segunda, —indispensable, aunque se tenga o no el manual de taller—, es limpiar muy bien la zona de trabajo y emplear una lámpara con extensión. Si es posible que alguien lave el vehículo con vapor antes

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Figura 7-18. Extracción de cojinete delantero de contraeje. (Cortesía de Caterpillar Tractor Co.)

de empezar, mucho mejor. De lo contrario, limpie lo mejor que pueda para poder ver todas las piezas y todas las tuercas y cabezas de pernos que se deban quitar. Luego, piense en lo que tiene que hacer, paso a paso o, cuando menos, decida en dónde va a empezar. Otro recurso aconsejable es solicitar la ayuda de un experto. Para desarmar. Esta descripción se aplica a la transmisión Fuller de la figura 7—17. Una transmisión estándar tiene cuatro ejes: eje de mando, eje principal, contraeje y eje intermedio, cada uno con cierto número de engranes y soportados por cojinetes. Para el reacondicionamiento hay que sacar cada eje y, en muchos casos, habrá que desmontar los engranes de los ejes. Todas las transmisiones tienen alguna forma de sacar los ejes. Suele haber una sola forma para un eje en una transmisión, y puede ser muy diferente para sacar el otro eje, o bien, el mismo eje en un modelo diferente. Sólo se puede sacar sin dañarlo si se hace en la forma correcta. Si tiene el manual de taller y/o el asesoramiento de un experto, su úni-

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Figura 7-19. Desmontaje del contraeje. (Cortesía de International Harvester Co.)

co problema es trabajar en forma metódica y cuidadosa. Si no cuenta con ellos, puede hacer el trabajo si primero lo estudia. Lo primero es desmontar la cubierta del mecanismo de cambios y ponerla a un lado. Luego, se sacan el eje de mando y el principal. El eje de mando sobresale una distancia considerable de la caja y no suele haber espacio ni forma de sacarlo por dentro. Entonces, casi siempre se desmonta por el frente. Inspeccione el frente de la caja. Probablemente encontrará un retén grande para el cojinete delantero, atornillado, por el cual pasa el eje de mando. Saque los tornillos y quítelo, junto con cualquier arillo seguro que pueda haber. Ahora, golpee con cuidado en el engrane del eje de mando con un bloque de madera o un botador de metal blando para expulsar el eje junto con el cojinete y su engrane. Empujará el cojinete que es más grande que el engrane y se puede sacar por la abertura para el retén. Quite la tapa del cojinete trasero del eje principal en el exterior de la caja, en la cual por lo común asienta el eje principal. Después de quitar-

la, ponga un bloque de madera contra un engrane fijo en el eje principal y déle unos golpes para expulsar el cojinete por la parte trasera de la caja. Una vez que haya salido un poco, coloque un extractor de cojinetes y sáquelo del eje. Levante el eje principal por la parte delantera y sáquelo de la caja. Si no hay suficiente espacio puede expulsar el cojinete de guía en la parte delantera. Si sabe que necesita hacerlo, hágalo antes de expulsar el cojinete trasero mientras sujeta el eje con firmeza. Contraeje y eje intermedio. El eje intermedio suele estar fijo con uno o más engranes que giran en él. Por tanto, es posible sacarlo por un agujero en la parte trasera de la caja y dejar el engrane en la transmisión. Para ello, se quita un seguro que puede estar dentro o fuera de la caja, luego, se empuja o se tira del eje. La punta puede tener un agujero roscado para colocar un extractor o bien puede pasar por la caja y se puede expulsar con un botador blando o habrá que agarrar el eje dentro de la caja y moverlo un poco cada vez. En la transmisión de la figura 7-17 el cojinete trasero del contraeje está montado en un adaptador y se sacan cuatro tornillos para aflojarlo. Luego, se colocan tornillos en los agujeros ciegos del adaptador. Al apretarlos, se separa el adaptador de la caja y se desmonta el cojinete. Luego, se puede correr hacia atrás el contraeje lo necesario para inclinarlo y sacarlo por la parte delantera. Desmontaje de engranes. El desmontaje de los engranes de los

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Figura 7-20. Circulación del aceite a presión en la transmisión. (Cortesía de Euclid, Inc.)

ejes es un problema específico con cada uno. Muchos engranes se instalan con prensa en selecciones estriadas en el eje o se fijan con cuñas y se requiere un extractor de una fuerza moderada. Sin embargo, es de máxima importancia localizar y quitar cualesquiera arillos seguros, arandelas u otros sujetadores antes de aplicar la fuerza. En un eje puede haber un gran número de engranes, retenes, espaciadores y otras piezas. Antes de empezar a desarmar es esencial observar el orden y acomodarlos así para volver a instalarlos en su lugar original. Todos los engranes, ejes, cojinetes, y otras partes, se deben limpiar

e inspeccionar con cuidado antes de armar. Hay que buscar si hay roturas, grietas, raspaduras, decoloración, piezas faltantes y desgaste en los cubos, estrías y bujes. Muchos engranes tienen superficie endurecida, y la mayor parte de su resistencia al desgaste es en una capa externa delgada. Cualquier señal de desgaste en esos engranes, indica que van a durar muy poco. Usted necesitará experiencia para decidir cuáles piezas se pueden volver a usar y cuáles se desechan. Pero puede localizar algunas deficiencias y mencionarlas al experto la primera vez que deba desarmar una transmisión.

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Reparación de equipo pesado

Para armar. En general, para armar se procede a la inversa de como se desarmó, esto es, lo primero que se instala es lo último que se desarmó y se continúa el trabajo en forma metódica. Hay que limpiar y cubrir todas las piezas con lubricante e instalarlas en su lugar correcto. No debe olvidar ninguna pieza, por pequeña que sea, o tener alguna en la posición incorrecta.

CAMBIOS BAJO POTENCIA Las transmisiones de cambios bajo potencia pueden ser semiautomáticas o bien automáticas, en las cuales los cambios ocurren sin desacoplar el embrague del motor, ni interrumpir el paso de potencia del motor al tren propulsor; cada vez se emplean más en equipo pesado. Cada una puede representar ciertas dificultades que se deben resolver, pero han demostrado su gran utilidad para aumentar la producción del equipo y facilitar el trabajo del operador. Sin embargo, no suelen facilitar el trabajo del mecánico. Son muy complicadas en sus componentes para impulsión y en los sistemas de control. Para poder trabajar en una transmisión automática, casi siempre se necesita asistir a los cursos de capacitación que imparte el fabricante, y que suelen durar dos o tres semanas. Debido a que hay diversas marcas y modelos, usted necesitaría estudiar mucho tiempo para convertirse en especialista. Aun así necesitaría experiencia práctica. Cuando ocurre algo en una transmisión automática que no sea uno de

los conceptos para ajuste o servicio rutinarios descritos en los manuales de taller, hay que solicitar al distribuidor que envíe un técnico especialista. Sin embargo, se describen a continuación los principios generales y se muestra la construcción típica de una transmisión automática; se usa la Torqmatic Allison como ejemplo. Transmisión Torqmatic. En la figura 7-14 se ilustra una transmisión automática Torqmatic, con engranes planetarios y tres velocidades (reducciones) para avance y una reversa. Las diferentes reducciones se logran por medio de dos engranes solares interconectados por los trenes de planetarios. Los cambios se efectúan mediante un cuerpo de válvulas de control que envía el aceite a presión a los embragues de discos múltiples, que se emplean para trabar o soltar partes de los trenes de engranes para enviar la potencia a otras. La reducción baja se obtiene al trabar el engrane interno de baja. Los trenes de planetarios, a los cuales hace girar el engrane solar de entrada, "caminan" alrededor del engrane interno y sus ejes hacen girar el portaplanetarios que impulsa el piñón y engrane de transferencia y el eje de salida. Cuando se trabaja el engrane interno de reversa (lado izquierdo) sus planetarios (que giran en sentido opuesto a los otros con los cuales están acoplados) "caminan" dentro del engrane interno y sus ejes hacen girar el portaplanetarios en sentido inverso.

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Figura 7-21. Transmisión Torqmatic de seis velocidades. (Cortesía de Detroit Diesel Allison Div., General Motors)

Para hacer el cambio a intermedia (segunda) se traba el engrane solar del lado derecho con lo cual los planetarios tienen que girar alrededor de él y el portaplanetarios gira para producir avance. Debido a que el engrane solar tiene menos dientes que la corona, los planetarios y el portaplanetarios girarán a mayor velocidad que cuando estaban acoplados con la corona. Para hacer el cambio a alta o directa se traba el engrane solar derecho con el eje de entrada o mando y con el engrane solar de entrada. Con esto se traban los dos engranes solares y trenes de planetarios en el portaplanetarios, con lo cual giran como conjunto con el eje de entrada. Dado que los planetarios siempre están acoplados y los cambios de reducciones se hacen con embragues de discos múltiples, todos lo cambios ocurren bajo potencia. Esta transmisión tiene convertidor hidráulico de

torsión para tener mayor número de reducciones de las que podrían lograr tan sólo con la acción del fluido. Un modelo reciente de la transmisión Torqmatic se muestra en la figura 7-21. Tiene convertidor de torsión, retardador hidráulico y trenes de planetarios. Hay un primario o "divisor" para dos velocidades, un secundario o tres trenes de planetarios para avance y uno para reversa. Con ello, se tienen seis velocidades para avance y dos en reversa. Lubricación. Las transmisiones semiautomáticas y automáticas se lubrican a presión en forma similar a un motor. Una bomba impulsada por un tren de engranes desde el eje de entrada, succiona el aceite del depósito y lo envía por un filtro, conductos en la caja y tubos hasta los puntos en donde se necesita lubricación o enfriamiento y, luego, a un enfriador o intercambiador de calor en donde se

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Reparación y mantenimiento de maquinaria pesada

disipa el calor en el sistema de enfriamiento del motor. El aceite también aplica presión hidráulica para accionar los embragues de transmisión. Por lo general, se utiliza el mismo sistema de suministro y circulación de aceite que en la transmisión. Debido a que la bomba del aceite se impulsa desde el eje de entrada, no hay presión cuando el motor está parado y la presión es muy baja con el motor en marcha mínima. Si se remolca o empuja la máquina, el eje de

salida hará girar los engranes y pueden ocurrir graves daños por falta de lubricación. A menos que en el manual de taller haya instruciones específicas, NUNCA se debe remolcar o empujar un vehículo o máquina con transmisión automática, aunque sea una distancia corta, pues se puede dañar, salvo que desconectes el eje propulsor o que tenga el motor a suficientes rpm para que haga girar el eje de entrada y haya presión de aceite.

Preguntas de repaso del capítulo 7 Las respuestas aparecen al final del libro, después del índice. 1. Los cambios manuales más rápidos se obtienen con los __________

11. Cuando se emplean transmisiones auxiliares, están conectadas en

2. ¿Qué lubricación tienen muchas de las transmisiones manuales? 3. Los mejores tapones para llenar, comprobar el nivel y vaciar son los

12. ¿Detrás de cuál componente suele estar la transmisión? 13. ¿Qué engranes se emplean en una transmisión de acoplamiento constante para disminuir el ruido? 14. ¿Qué engranes están montados en el eje loco? 15. Muchos engranes se instalan _____

4. Los camiones pueden tener eje tra sero de ______________________ . 5. Para hacer los cambios en la transmisión, se necesita un___________ . 6. ¿Cuántos ejes hay en una transmisión manual? 7. Las transmisiones semiautomáticas y automáticas cada vez ______ 8. Casi toda la resistencia al desgaste de un engrane puede estar en 9. Una transmisión cíclica tiene engranes _______________________ . 10. El doble embragado al cambiar velocidades controla la velocidad del

en los ejes estriados. 16. Un tractor pequeño con tracción en dos ruedas, por lo general no tiene _________________________ 17. ¿Dónde se buscan primero los pro blemas en una transmisión? 18. Las transmisiones semiautomáticas y automáticas de cambios bajo potencia son difíciles para _______ 19. La información del patrón de cambios puede estar en una _________ 20. El cojinete de guía de la transmisión está dentro de la ___________