Funcionamiento y Análisis del Eje de la Bomba Inyectora en Sistemas Diésel

El motor diésel es una máquina que transforma la energía química del combustible en energía mecánica, es decir, en movimiento. La inyección diésel, así como los inyectores diésel en un motor, son el componente más complejo de un vehículo. Este componente ha sido objeto de una gran cantidad de experimentación y, en cualquier motor particular, puede estar situado en una variedad de lugares.

El inyector tiene que ser capaz de resistir la temperatura y la presión dentro del cilindro y aún así entregar el combustible en una fina niebla. Obtener la niebla que circula en el cilindro de modo que se distribuya de manera uniforme también es un problema, por lo que algunos motores diésel emplean válvulas de inducción especiales, también cámaras de precombustión, así como otros dispositivos para agitar el aire en la cámara de combustión o de otra manera mejorar el proceso de encendido y combustión.

Cuando un motor diésel está frío, el proceso de compresión no puede elevar el aire a una temperatura lo suficientemente alta como para encender el combustible. Una gran diferencia existe entre un motor diésel y un motor de gas, esto radica en el proceso de inyección.

Un sistema para inyección de puerto introduce combustible justo antes de la carrera de admisión (fuera del cilindro). Un carburador mezcla el aire y el combustible mucho antes de que el aire entre en el cilindro. En un motor de automóvil, por lo tanto, el combustible en su totalidad se carga al interior del cilindro durante la carrera de admisión y luego se comprime. La compresión de la mezcla de combustible / aire limita la relación de compresión del motor - si se comprime el aire en exceso, la mezcla de combustible / aire se inflama espontáneamente y hace que llamar. Porque hace que el calor excesivo, golpes pueden dañar el motor.

Los motores diésel utilizan la inyección directa de combustible, es decir, el combustible diésel se inyecta directamente en el cilindro. Actualmente, el motor diésel es algo necesario en el mundo técnico y moderno de hoy en día. Los motores diésel son sinónimo de fuerza, solidez, ahorro y reducción de contaminación. Al contrario de los antiguos diésel (inyección indirecta), que eran ruidosos y humeantes, la nueva generación (inclusión diésel directa) aporta muchísimas ventajas, por ejemplo: son más silenciosos, limpios, rápidos, seguros y económicos.

Sistemas de Inyección Diésel

El rendimiento fiable y económico del motor diésel requiere de sistemas con inyectores diésel que trabajen con gran precisión. Con estos sistemas, se inyecta en los cilindros del motor a la presión necesaria y en el momento adecuado la cantidad de combustible requerido para que alcance cierta potencia. Para conseguir esto, se utilizan diferentes sistemas de introducción diésel, según las necesidades y aplicaciones. Estas son conocidas como “bombas de inyección” o “sistemas de inyección para motores diésel”.

El motor diésel tiene un máximo de revoluciones, que es controlable por la regulación de alimentación del combustible. En las bombas de inyección, hay un dispositivo mecánico electrónico llamado regulador de revolución. En la inyección diésel directa, el combustible es introducido a muy alta presión directamente en la cámara de combustión.

• Las bombas inyectoras distribuidoras, con comando por válvulas magnéticas son accionadas por el motor.
• En el sistema Unit Injector la bomba y la boquilla forman una unidad. Cada cilindro posee un Unit Injector, accionado a través del eje de comando. El combustible pulverizado finamente de modo singular, puede quemar casi por completo. En este sistema, la presión de inyección, el tiempo de abertura de la válvula magnética y el flujo de la boquilla inyectora, son controlados por la unidad de comando electrónica.
• El Sistema Unit Pump es muy similar al Unit Injector, pero se distinguen por un pequeño tubo de alta presión que está entre la bomba y la boquilla. Esta última es una de las partes esenciales de todos los sistemas. El inicio de los dos resortes permite una inyección en dos etapas, un paso para la ansiada pre inyección.

Es importante señalar que, en estos tres sistemas, bombas inyectoras distribuidoras con comando por válvulas magnéticas, Unit Injector y Unit Pump, la presión deseada sólo es alcanzada en alta rotación.

Entre bombas e inyectores diésel está un modulador, denominado Common Rail. Este sistema es similar al del instrumento escocés, la gaita, la bolsa de aire del tocador de éste, corresponde al rail. La presión en el modulador es provocada por una bomba de alta presión, independiente de la rotación del motor. Un inyector diésel con boquilla integrada se ocupa de la inyección de cada cilindro. Además, una válvula magnética dirige la inyección. El volumen inyectado varía entre 2 mm³, que corresponde a una gotita del tamaño de una cabeza de alfiler, hasta 60 mm³, para la inyección principal en automóviles.

En el centro técnico para sistemas de inyección diésel, se trabaja constantemente para que el concepto de motor dominante del diésel continúe siendo un éxito también para el futuro. A través de la realimentación del gas de escape en la faja inferior de la rotación, la emisión de contaminante es reducida aún más. Los vehículos con inyección diésel directa son expertos, más elásticos y cada vez desarrollan más rápido un potencial de desempeño. En cuanto a lo económico, algo muy considerado en estos tiempos, el diésel viene a ser una primera opción. Los motores diésel con inyecciones directas, son silenciosos, limpios y admiten cargas extremas con mucha economía.

Análisis del Desgaste Superficial de la Leva Anular

El sistema riel común CRDI ajusta con precisión la cantidad de combustible para el motor de combustión interna, generando presiones de inyección desde 400 bar hasta 1800 bar de acuerdo a la condición de aceleración y carga, reduce del consumo de combustible y la emisión de gases al medio ambiente. La emulsión de combustible permite la mezcla de agua u otra sustancia inmiscible generalmente en aceite de manera que sea lo más homogénea posible; mediante el uso de tenso activos, se evita la separación de fases.

La aplicación de las emulsiones de combustible reduce la temperatura de combustión, las emisiones contaminantes y aumentan el rendimiento térmico debido a micro explosiones generadas por las partículas de agua. En funcionamiento los componentes del sistema CRDI al entrar en constante contacto, generan desgastes en las superficies de sus elementos. Investigaciones previas detallan que los diferentes tipos de desgaste dependen de las condiciones de trabajo a las que el elemento está sometido.

El desgaste por corrosión se produce por las reacciones químicas a las que está sometida la leva anular al trabajar con el diésel - surfactante agua. La superficie de la leva anular tiene un acabo superficial de gran calidad debido a las condiciones en las que trabaja, con una composición química y ordenamiento atómico especial. La problemática de realizar el análisis de rugosidad de piezas mecánicas, es la detección visual de las deformaciones producidas en las superficies.

La investigación es de tipo empírico, ya que se somete a los componentes del sistema CRDI a pruebas de funcionamiento con la mezcla ecológica durante 200 horas a 3000 rpm. Se realiza el procesamiento digital de imágenes, en propone el método de supresión de franjas basado en la transformación de Fourier y la utilización de filtros para la detección imágenes topográficas. En presenta el algoritmo para identificar espectros de la imagen digital, en está la guía para evaluar, analizar y comparar la eficiencia de las diferentes Transformadas Discretas Fraccionarias de Fourier en el tratamiento de imágenes, en este contexto a través de la interfaz gráfica en Matlab analiza y compara las imágenes de la leva anular de la bomba de alta presión en términos de la rugosidad o desgaste superficial, como base de la investigación.

La mezcla combustible ecológica elaborada, contiene diésel Premium, agua destilada y tenso activos que estabilizan las dos sustancias a una concentración del 20%. Se combina las cantidades de las sustancias para elaborar un kilogramo de mezcla, combinando tenso activos por separado. Para el análisis de las imágenes digitales, la interfaz gráfica en Matlab incorpora los algoritmos de registros de píxeles y subpíxeles de una secuencia de imágenes de baja resolución de la superficie mecánica para proceder a la binarización, luego las imágenes son filtradas aplicando un algoritmo de recuperación de fase para mejorar la identificación de resoluciones en función de los perfiles de relieve de la imagen, aplicando el teorema de convolución y la transformada inversa de Fourier se reconstruye la imagen resultante que muestra posibles zonas de mayor desgaste de la pieza mecánica.

La adición de agua en forma emulsión en el combustible tiene efectos positivos en la eficiencia de la combustión. Generan la elevación en el torque Figura 18 con el motor a velocidad constante de 1500 rpm en comparación a los resultados del diésel sin aditivo, porque se producen micro explosiones por la diferencia de volatilidad del agua.

Resultados del Análisis de Desgaste

En la Figura 13 se representa el desgaste de la leva anular de la bomba, en donde se verifica la reducción de 0,121 g entre el valor máximo y mínimo que representa el 0,075% del peso inicial. El desgaste presentado es regular sin variaciones significativas.

En la Figura 14 se observa que la rugosidad aumenta conforme se suman las horas de funcionamiento, se obtiene una variación de 0,161 μm entre el valor mínimo y máximo, aumentando su rugosidad en 22,33% con un máximo de 0,882 μm.

En la Figura 15 se representa el cambio de rugosidad que sufrió la superficie de contacto de la leva anular cara posterior, se observa que la medida de rugosidad aumentó conforme el paso de las horas de funcionamiento, se obtuvo una variación de 0,226 μm entre el valor mínimo y máximo, con un creciente de su rugosidad en 40,35% con un máximo de 0,786z μm.

Para validar si la diferencia de medias es significativa, se aplica la prueba de hipótesis para muestras independientes y sus resultados se presentan en la Tabla 11 donde la prueba de Levence da un p-valor (Sig.) de 0,000 lo que indica que las varianzas no son iguales entre los dos grupos de análisis, luego el Sig.

Tabla de Desgaste de la Leva Anular

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