CAPITULO 10 Barrido en motores de dos tiemposEl proceso de barrido es el periodo en que los conductos o lumbreras de admisin y escape se encuentran simultneamente abiertos y se lleva a cabo la sustitucin de los gases quemados procedentes de la combustin por la mezcla fresca.Para que se pueda producir la admisin, la presin en el cilindro debe ser inferior a la presin de admisin o barrido, por lo que la lumbrera de escape abre primero para producir la salida espontnea de los gases y baje la presin interior durante unos cuantos grados.El ngulo durante el cual se encuentran abiertas ambas lumbreras, tanto de admisin como de escape se conoce como ngulo de barrido y el tiempo correspondiente a dicho ngulo es el ngulo de barrido.En este proceso intervienen muchas variables difciles de evaluar por lo que resulta ms complicado realizar el estudio de renovacin de carga en motores de dos tiempos que los de cuatro tiempos, siendo esta una de las razones por las que stos ltimos han sido desplazados por los primeros.Clasificacin del barridoEn cuanto al barrido de dos tiempos, se pueden identificar varios segmentos como sigue:Barrido segn la bomba de barridoEn motores de baja cilindrada se utiliza el sistema pistn-crter como bomba de barrido, conocido como barrido por crter. La admisin se hace a travs de la lumbrera de admisin y por medio de un conducto de transferencia del crter al cilindro llamado lumbrera de transferencia o transfer. Tiene como ventaja que es muy econmico. La admisin se controla por medio del propio pistn, de vlvulas rotativas o vlvulas de lengeta o de lmina.En motores de alta cilindrada se usa siempre sin excepciones, elementos auxiliares como bomba de barrido independiente, con lo que la presin de barrido no est tan limitada en el diseo. En funcin de las caractersticas y aplicacin del motor, estas bombas pueden ser: Compresos centrfugo o compresor volumtrico, de tipo roots, pistn o alternativos. La bomba puede estar impulsada por el cigeal pero en sistemas modernos es accionada por una turbina que aprovecha los gases de escape para producir el movimiento.Barrido segn el diagrama de distribucinSi la apertura y cierre de las lumbreras de admisin est comandada nicamente por el pistn, el barrido es simtrico respecto al PMI. Tienen el inconveniente de que el escape cierra despus de la admisin, lo que se soluciona con una vlvula en la culata o con una vlvula rotativa en el escape, de tal forma que la apertura est sincronizada con el pistn y el cierre lo realiza la vlvula rotativa antes de que obture la lumbrera, siendo en este caso, un motor con barrido asimtrico.Barrido segn la forma de corriente de barridoBarrido transversalAqu las lumbreras de admisin y escape se encuentran situadas en posicin diametralmente opuestas, se contrarresta la tendencia al cortocircuito por medio de deflectores en el pistn o con geometra especial en la cabeza de pistn y ngulos adecuados en la lumbrera de admisin.Barrido uniflujoLa disposicin de las lumbreras de admisin y escape en los extremos opuestos del cilindro permite reducir al mnimo el cortocircuito y la mezcla de los productos quemados con la carga fresca de la admisin. Las lumbreras de admisin dirigen el flujo al interior del cilindro con componentes tangenciales y axiales de velocidad para producir un vrtice que barra verticalmente los productos quemados. El escape se realiza por medio de lumbreras o con vlvulas.Barrido por lazoConsiste en dirigir hacia atrs la corriente de admisin dando origen a tres ejecuciones caractersticas. El barrido Schnurle es frecuente en baja cilindrada y normalmente aparece asociado a una tercera o quinta lumbrera diametralmente opuesta a la de escape que dirige el flujo hacia la parte alta del cilindro. El barrido Curtis que es similar al anterior pero con mayor nmero de lumbreras de admisin y escape, usado en motores estacionarios y martimos. Y barrido MAN para motores de gran tamao en el que la lumbrera de escape se encuentra encima de la de admisin.Este barrido conduce a rendimientos ms elevados que en barrido transversal pero menores que en uniflujo. Es sensible a los ngulos de entrada del flujo en el cilindro.Evaluacin del barridoAnlisisPara el anlisis cuantitativo del proceso de renovacin de carga de define la condicin de referencia para realizar la comparacin. El barrido utilizado es el barrido ideal, que es aquel proceso en que la mezcla fresca desaloja totalmente a los gases quemados sin desperdiciar ninguna fraccin de la misma por el escape.La masa que evolucionara de estas condiciones es la masa de referencia y es habitual tomarla de la siguiente manera:

Para poder referirse al balance msico, es usual encontrar coeficientes adimensionales que cuantifican los procesos:Coeficiente de admisin: relacin entre la masa suministrada y la masa de referencia.Coeficiente de carga: relacin entre la masa retenida y la de referencia.Coeficiente de retencin: relacin entre la masa retenida y la suministrada.Rendimiento del barrido: Relacin de la masa retenida con la masa de carga que es la suma de la masa retenida ms la masa residual.Coeficiente de llenado: relacin entre masa total en el cilindro y la masa de referencia.Procesos de barrido tericosDesplazamiento perfectoEn este caso la mezcla fresca entra al cilindro y reemplaza a los gases quemados, apareciendo el fenmeno de cortocircuito slo cuando los gases combustionados han sido totalmente evacuados.Mezcla perfectaPara este caso la mezcla fresca entrante al cilindro no forma ninguna zona de desplazamiento y se supone un proceso de mezcla homognea con los gases quemados del interior del cilindro. Bajo esta hiptesis aparece el fenmeno de cortocircuito desde el mismo instante en el que se produce la entrada de gases frescos al interior del cilindro.Diseo de lumbrerasEn el diseo se considera brindar un rea suficiente en el instante necesario, es decir, determinar la funcin rea tiempo necesario.La secuencia del ciclo requiere primero evacuar en parte los gases quemados durante el proceso de escape espontneo para que la presin disminuya y facilite el barrido, posteriormente hay que llenar el cilindro con carga fresca que empuje a su vez a los gases combustionados que requiere de una seccin adecuada en lumbrera de admisin.Se tiene en cuenta dos limitante de diseo, el primero es la altura de las lumbreras que no puede excederse debido que disminuye la carrera de expansin, como un dato aproximado se tiene que la altura de la lumbrera de escape que ocupa un 20% de la carrera tiene un 8% de disminucin en el trabajo utilizable por cortar la expansin, aumentando el valor de la disminucin a medida que crece la altura.La segunda limitacin es est dada por la anchura de la lumbrera que de ser demasiado grande produce problemas estructurales y con los rines.La geometra de las lumbreras de admisin y escape puede ser muy variada. La forma circular es la menor relacin permetro-rea ofrece produciendo prdidas mnimas pero tiene apertura lenta. La forma elptica tiene una relacin pequea con una apertura ms rpida pero el mecanizado es complicado. Las rectangulares son las ms ampliamente utilizadas por ser de apertura ms rpida pero tiene problemas con los rines si son de anchura muy grande.El problema en lumbreras rectangulares se resuelve dndole una ligera curvatura en su arista superior que comprime gradualmente la parte saliente del segmento durante la carrera ascendente. Tambin se tiene en cuenta que las lumbreras tienen ngulos de inclinacin axial y radial para dirigir el flujo adecuadamente para efectuar un buen barrido y evitar el cortocircuito.Para que el guiado debe ser efectivo del aire no se debe dimensionar las lumbreras de admisin excesivamente anchas en relacin con su profundidad. Las lumbreras estrechas admiten mayor cantidad de flujo por unidad de rea que las anchas y con direccionamiento mucho ms efectivo, sin embargo son ms costosas.Diseo del sistema de escapeEn un motor donde el diagrama de distribucin en simtrico, es decir, con aperturas y cierres de lumbreras controladas por el previo movimiento del pistn y cuya aplicacin principal es aparece en pequeos motores de barrido por crter, el diseo del escape tiene gran influencia en las prestaciones de dicho motor.La evolucin de la presin en la lumbrera de escape en funcin del ngulo del cigeal est formada por tres intervalos.El primer intervalo que aparece irremediablemente cuando se produce la apertura de la lumbrera de escape por la descarga del cilindro ya que se encuentra a una presin elevada provocada por el proceso de combustin. Este pulso de sobrepresin aparecer siempre y sirve como pulso de excitacin para originar los otros dos.Luego del escape espontneo, interesa la llegada de gases quemados originados en el proceso de combustin.Por ltimo una vez que se ha cerrado la lumbrera de transferencia pero la de escape an se encuentra abierta, dentro del cilindro existe una gran cantidad de mezcla fresca con pocos gases combustionados. En este caso interesa que se cre una zona de alta presin en el escape que evite que la mezcla fresca salga y ms obligue a ingresar a la que haya logrado salir.El pulso de sobre presin y el diseo del escape pueden generar los pulsos que configuraran la evolucin de presin deseada en la lumbrera de escape. Lo primero es transformar el pulso de sobrepresin en uno de rarefaccin, por lo que inicialmente el escape consistir de un extremo abierto aunque no sea exactamente as debido a que posteriormente este extremo no sera capaz de generar el pulso de sobrepresin.Se puede utilizar un ensanchamiento brusco en el que parte del impulso incidente volvera como una onda de rarefaccin y parte seguira transmitiendo como onda de sobrepresin por el sistema de escape. Luego esta onda de sobrepresin debera encontrarse con un estrechamiento brusco para que parte de ella volviese como onda de sobrepresin y parte siguiera viajando hacia la atmsfera.Al utilizar cambios bruscos de seccin no se modifica la duracin de los pulsos, que en el caso de una onda de rarefaccin es preferible que duren ms an a costa de una reduccin en la amplitud, por lo que se recurre en lugar de eso, a un ensanchamiento progresivo utilizando un cono.De esta forma el efecto resultante es el de aumentar el tiempo de duracin del pulso de rarefaccin. Por razones similares se construye un cono convergente a la salida que genera un pulso de sobrepresin.