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El funcionamiento de un motor de combustión interna se basa en los rápidos pulsos de presión generados por la combustión de la mezcla aire-combustible sobre el pistón. Estos potentes pulsos causan vibraciones en el motor. Si bien los diseñadores de motores se esfuerzan por minimizar estas vibraciones mediante el equilibrio de fuerzas, es imposible eliminar todas las vibraciones inherentes. Por lo tanto, es normal que un motor de combustión interna exhiba una firma de espectro de vibración característica. Por lo tanto, el análisis de las vibraciones del motor debería centrarse en desviaciones de esta firma «normal».
La velocidad de referencia de rotación de un motor es la del cigüeñal o también llamada «orden 1X». Esto corresponde a los ciclos que el cigüeñal rota por minuto (RPM) o por segundo (Hz). Esta frecuencia se utiliza para guiarnos sobre el grado de uso del motor. Pero esto no significa necesariamente que la principal vibración esté a esta frecuencia rotacional. Como se indica en la introducción, la vibración se origina por la excentricidad generada por los potentes pulsos en los pistones. Dado que el cigüeñal es un elemento bien equilibrado dentro del motor, el orden 1X no debería ser muy evidente. Las pulsaciones de los pistones deberían ser muy visibles. Dependiendo del número de cilindros, podremos ver «2X», «3X» o «4X». Por ejemplo, en un motor de 4 cilindros, en cada rotación del cigüeñal, hay 2 movimientos de pistones. Ver el video a continuación.
Cada pulso de combustión se asemeja a un golpe de martillo, impactando el bloque del motor con una ráfaga de energía. Esto resulta en un espectro de vibración caracterizado por líneas espectrales en múltiplos enteros de la frecuencia de disparo de cada pistón.
En un motor de cuatro tiempos, donde el pistón dispara cada dos revoluciones, la línea espectral fundamental ocurre predominantemente en el orden que sigue este patrón:
2cil= orden 1,5 predominante seguido del orden 3, 4.5, 6
3cil= orden 1,5 predominante seguido del orden 3, 4.5, 6
4cil= orden 2 predominante seguido del orden 4, 6, 8
6cil= orden 3 predominante seguido del orden 6, 9, 12
La vibración puede ser medida utilizando la aplicación gratuita Ellebogen:
Ejemplos reales de este caso:
RPM DEL MOTOR = 851 rpm
En este ejemplo, podemos ver el primer orden (1x) a 851 rpm (14,19×60), pero el orden 1,5x es el más importante (14,19×1,5).
RPM DEL MOTOR = 856 rpm
En este ejemplo, podemos ver claramente 1,5x pero no el primer orden (1x). La manera de conocer la velocidad del cigüeñal es dividiendo el pico principal por 1,5 y multiplicándolo por 60 (21,40/1,5)x60 = 856.
RPM DEL MOTOR = 777 rpm
En este ejemplo, podemos ver claramente 2x pero no el primer orden (1x) ni el 1,5x. La manera de conocer la velocidad del cigüeñal es dividiendo el pico principal por 2 y multiplicándolo por 60 (25,91/2)x60 = 777.
Cuando todos los pistones producen pulsos de combustión casi idénticos, la vibración de orden 1/2 permanece pequeña, oscilando entre 2,5 y 8 mm/seg (0,1 a 0,3 pulgadas/seg). Sin embargo, si un cilindro produce menos potencia que los demás, la vibración de orden 1/2 aumenta desde 7 mm/seg (0,3 pulgadas/seg) hasta más de 25 mm/seg (1 pulgada/seg) en caso de fallo de encendido. Diversos problemas como fallo de bujía, bujía defectuosa, inyector obstruido, anillo roto, válvula con fugas, baja compresión, magneto defectuoso, árbol de levas desgastado o balancín colapsado pueden causar vibraciones de orden 1/2 más altas de lo normal.
Las vibraciones de orden 1/2 representan desafíos significativos, ya que pueden ser percibidas por el piloto en la cabina. Las vibraciones de baja frecuencia están mal aisladas por la mayoría de los soportes del motor, provocando que todo el sistema tiemble. Si se dejan sin atender, una vibración de orden 1/2 puede aflojar remaches, bisagras y pivotes en todo el marco del velero, además de causar fatiga prematura, lo que representa un grave problema de seguridad.
Las vibraciones de orden 1P suelen atribuirse al desequilibrio de la hélice, que puede corregirse reemplazando o limpiando la hélice. También pueden deberse a la masa desigual del pistón, a veces causada por el uso inadvertido de pistones con peso incorrecto durante el reemplazo.
Las vibraciones de orden X/P suelen atribuirse al desequilibrio del eje de transmisión. Si el Factor de Reducción de la Transmisión es 2,64, el pico se observaría en las rpm del cigüeñal divididas por 2,64 como en el video a continuación.
El desalineamiento suele ser la causa principal de este orden de vibración. Esto se puede corregir volviendo a verificar la alineación. Un eje doblado también podría ser el caso, en tal caso, extraer el eje y verificarlo con un torno sería el enfoque más apropiado.
Ellebogen ha desarrollado una aplicación para Android e iOS que permite medir vibraciones utilizando el teléfono móvil, como se puede ver en el siguiente video.
La aplicación que te ayuda a encontrar el soporte de motor correcto
