motores de combustion interna

MOTORES TRMICOS Motores de Combustin Interna Alternativos

Introduccin. Elementos Constructivos. Clasificacin

CONVERSIN DE ENERGA Pgina 1

INTRODUCCIN A LOS MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA ALTERNATIVOS

INTRODUCCIN A LOS MOTORES TRMICOS

MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA ALTERNATIVO

CARACTERSTICAS PRINCIPALES

ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DE LOS M.C.I.A.

CLASIFICACIN DE LOS M.C.I.A.




INTRODUCCIN A LOS MOTORES TRMCOS Definicin de Motor Trmico:

Conjunto de mquinas

Transforma Energa Trmica en Mecnica Q W

Sometiendo a un fluido compresible a un ciclo termodinmico.

MOTOR TRMICO

Combustin Interna Combustin externa

Se aporta calor mediante un proceso de combustin en el seno del fluido

Ciclo abierto

Se aporta el calor al fluido mediante un sistema de intercambio de calor

Habitualmente ciclo cerrado

Motor de combustin interna rotativo (Wankell)

Maquina de vapor (ciclo abierto)

Motor Stirgling (motor alternativo) pequea potencia

Motor de combustin interna alternativo: Transporte: terrestre y areo (pequea potencia) Energa mecnica y elctrica

Turbina de gas Habitualmente combustin interna. Aviacin y produccin de electricidad

Turbina de Vapor Produccin de electricidad

Turbina de Vapor Turbina de Gas

Motor de Combustin Interna alternativo 0.1 kW 1 kW 10 kW 100 kW 1 MW 10 MW 100 MW 1 GW 10 GW




Pre

si

n (

ba

r)

Pre

si

n

MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA ALTERNATIVO

Admisin Compresin Combustin Expansin Escape 25

20

15

10

Presin ambiente 5

Combustin

Arrastrado

0

-360 -270 -180 -90 0 90 180 270 360

ngulo ()

Qent

Foco caliente: Combustin

Qent

Went

Wsal

W bombeo

Qsal

Went

MOTOR TRMICO

Qsal

Wsal

Volumen

Foco fro: ambiente

RENDIMIENTO TERMICO DEL MOTOR

ciclo Wsal Went

Qent

Qent Qsal Qent

Carnot 1 Tamb Tcomb




CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LOS M.C.I.A.

El gran desarrollo de los motores de combustin interna alternativos se debe a una serie de caractersticas entre las que se pueden destacar.

Posibilidad de poder quemar combustibles lquidos de elevado poder calorfico (posibilidad de transportar mucha energa con muy poco peso).

Esta caracterstica les hace muy importantes en el campo de la automocin ya que condiciona la autonoma del vehculo.

Les permite competir con ventaja frente a los vehculos elctricos los cuales

la energa almacenada en la batera pesa mucho ms.

Rendimiento trmico aceptable, dependiente del tamao del motor pero que se mantiene bastante acotado para diferentes grados de carga y regmenes.

Esta caracterstica es de gran importancia en todas las aplicaciones en las que la potencia que se necesite no sea constante.

Cuando esta condicin junto con la autonoma son determinantes los M.C.I.A. no tienen competidores.

Amplio campo de potencias desde 0.1 kW hasta 32 MW

Su campo de aplicacin va desde modelismo hasta grandes motores

marinos o estacionarios.




ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DE LOS M.C.I.A.

CILINDRO Conduce al pistn en su movimiento y es el elemento central del sistema de compresin.

BLOQUE DE CILINDROS Y BANCADA Sobre el bloque se apoyan las dems partes del motor por lo que su rigidez es esencial para el buen funcionamiento del motor.

El bloque debe poseer de conductos interiores para llevar el aceite a presin a los diferentes cojinetes que soportan el cigeal as como conductos para llevar el aceite a la culata que a su vez tiene conductos para llevar el aceite al rbol de levas o de balancines.

CULATA Es la pieza del motor de diseo ms complejo por la cantidad de funciones y requerimientos que debe cumplir. Puede haber una para todos los cilindros (motores pequeos), o una para cada cilindro o par de cilindros (motores ms grandes).

La culata por lo general tiene que alojar los siguientes elementos:

Conductos de admisin y de escape (pipas de admisin y escape): estos conductos empalman con los colectores de admisin y escape

Asientos de Vlvula: suelen ser postizos de material duro y resistente al choque.

Guas de vlvulas: Es la pieza sobre la cual desliza la vlvula, suele ser de aleaciones especiales y mecanizadas con gran precisin para conseguir un buen centrado y mnimas fugas:




Circuitos de refrigeracin: tienen que ser de tal manera que minimicen las tensiones trmicas debidas a grandes diferencias de temperatura entre puntos muy prximos.

Junta de culata: sirve para evitar las fugas en la unin entre cilindro y culata, tambin sirve de junta en las uniones de los conductos de agua y aceite entre bloque y culata.

PISTN Y SEGMENTOS El pistn transmite la fuerza de los gases a la biela (requerimientos de resistencia mecnica), debe ser lo ms estanco posible al paso de gases de combustin al crter y de aceite del crter a la cmara de combustin, para ello leva a su alrededor unos aros metlicos que se ajustan al cilindro (segmentos). Por ser piezas mviles deben pesar lo menos posible y es difcil de refrigerar.

Segm ento de fuego

Segm entos de

estanqueidad

Aceite

Segm ento

Rascador

CIGEAL Y BIELA Se encargan de transformar el movimiento alternativo en rotativo que suministre un par til. Suele estar fabricados en fundicin o forjado y en cualquiera de los dos casos posteriormente mecanizado. En algunos casos, como en los pequeos motores de dos tiempos con barrido por crter, el cigeal consta de dos piezas unidas por un buln sobre el que se coloca la biela.




VLVULAS

Son las encargadas de controlar el paso de fluido por la cmara de combustin durante el proceso de renovacin de la carga. La forma ms comn de las vlvulas es la denominada de plato.

La vlvula ms solicitada es la de escape por que la temperatura del fluido cuando pasa por ella es muy alta.

SISTEMA DE DISTRIBUCIN

Agrupa a todos los elementos mecnicos que provocan la apertura y cierre de las vlvulas, debe estar sincronizado con el movimiento de pistn (cigeal) y completa un ciclo de funcionamiento cada dos vueltas del motor (el rbol de levas gira a la mitad de revoluciones que el cigeal).




ESQUEMA GENERAL DE UN MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA ALTERNATIVO

LEVA EJE RBOL DE LEVAS

TAPA DE BALANCINES

PIPA CULATA

VLVULA

REFRIGERANTE

CMARA DE COMBUSTIN

PISTN

SEGMENTOS

JUNTA CULATA

BULN

ACEITE A PRESIN

BLOQUE MOTOR

BIELA

CRTER

CIGEAL

BOMBA

DE

TAPA DEL CRTER

ACEITE




CLASIFICACIN DE LOS M.C.I.A.

SEGN EL PROCESO DE COMBUSTIN

Motor de encendido provocado

(MEP, motor Otto)

Por lo general el combustible entra en el cilindro ya mezclado con el aire.

Al final de la compresin se dispone de una mezcla de aire y combustible ms o menos homognea.

La combustin se inicia por una causa externa, generalmente una chispa elctrica.

Motor de encendido por compresin (MEC, motor Diesel)

El fluido admitido en el cilindro es solo aire sin combustible.

Al final de la carrera de compresin (mayor que en los MEP) se inyecta en el cilindro el combustible y debida a las altas temperaturas y presiones el combustible se autoinflama.




SEGN EL MODO DE REALIZAR EL CICLO

Motores de 4 Tiempos

Se realiza un ciclo cada dos vueltas del motor.

Existen unos procesos diferenciados para renovar el fluido que evoluciona.

Motores de 2 Tiempos

Se realiza un ciclo cada vuelta del motor.

El fluido se renueva mientras el pistn est en la parte inferior de su carrera.

Se utiliza para pequeas potencias (sencillez barrido por carter y potencia especfica) y grandes potencias (potencia especifica).

En barrido por carter la lubricacin se hace con aceite mezclado con el combustible.




SEGN EL TIPO DE REFRIGERACIN

La refrigeracin es necesaria para acotar la temperatura de ciertas partes del motor.

Refrigeracin por aire (directa)

El calor se transmite directamente al aire a travs de unas aletas colocadas en el cilindro.

Es ms barato y fiable.

Es ms ruidoso y voluminoso.

A veces se usa una soplante para mover al aire.

Refrigeracin por lquido (indirecta si se usa intercambiador)

El motor cede calor al medio refrigerante (casi siempre agua) que acta como agente intermedio entre el motor y el aire.

Se necesita una bomba para mover el refrigerante.

El refrigerante suele ser agua con alcoholes para evitar la congelacin y aditivos para evitar corrosin.




SEGN EL NMERO Y DISPOSICIN DE LOS CILINDROS

Tiene influencia sobre el tamao y la relacin de aspecto del motor Cuantos ms cilindro, mas caro y mas complicado.

SEGN LA PRESIN DE ADMISIN

Motor de aspiracin natural o atmosfrico

La presin del aire cuando entra al cilindro es aproximadamente la atmosfrica o inferior.

Motor sobrealimentado

La presin del aire a la entrada en el cilindro es superior a la atmosfrica.

Esto hace que la masa de aire introducida en el motor sea mayor que en aspiracin natural, se puede quemar ms combustible (mas potencia)

Es necesaria la utilizacin de un compresor para conseguir esta sobrepresin.


Parmetros Caractersticos.

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PARMETROS CARACTERSTICOS DE LOS M.C.I.A.

CONCEPTO DE DOSADO

PARMETROS GEOMTRICOS

PARMETROS INDICADOS

PARMETROS EFECTIVOS

PARMETROS DE PRDIDAS MECNICAS

RESUMEN DE PARMETROS

OTROS PARMETROS

POTENCIA Y PAR EN FUNCIN DE LOS PARMETROS

POTENCIA Y PAR EN FUNCIN DEL REGIMEN



Pgina 2

1

CONCEPTO DE DOSADO

Dosado (F) es el parmetro que caracteriza la mezcla aire-combustible:

F = Masa Combustible

m f

mfcc

Masa Aire m a macc

mGasto Msico (Kg/s)

x 1

n Z i

mcc Masa por Cilindro y Ciclo (Kg)

i=Nmero de ciclos por revolucin

Dosado estequiomtrico (Fe) es el dosado que tiene que haber en una mezcla aire combustible para que en la reaccin de combustin no sobre aire ni combustible:

CnHm n m (O2 3.76 N2) n CO2

m H2O n

m 3.76 N2

4

2 4

Fe 12 n m

n m 32 3.76 x28

4

Es una propiedad del combustible

Para los combustibles usuales Fe 1/14.5 , 1/15.5.

Dosado relativo (Fr) o riqueza:

1

Rico (exceso de combustible )

Fr F

Fe

=

1

Estequiometrico

Pobre (defecto de combustible)

Coeficiente de exceso de aire ():

1 Fr

Rangos usuales de dosado relativo:

MEC Fr 0.04 , 0.7

MEP automocin Fr 0.9 , 1.3

MEP industrial Fr 0.6 , 0.8



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2

PARMETROS GEOMTRICOS

S Carrera ngulo girado cigeal

D Dimetro Pistn PMS Punto Muerto Superior ( = 0)

R Radio muequilla PMI Punto Muerto Inferior ( = 180)

L Longitud biela S/D Relacin carrera-dimetro

PM S PM I

D

V c

X V

V D S= 2 R

L

R

Ap D

4 2

Ap rea del pistn

VD D

S 4

VD Volumen desplazado

r VD VC

VC

r Relacin de compresin

MEC r 12, 23, MEP r 8 , 10

V AP X VC X = f(, L, R) VC Volumen cmara de combustin

VT Z VD Z N de cilindros

VT Cilindrada de motor



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PARMETROS INDICADOS

Son parmetros relacionados con aspectos termodinmicos del ciclo.

P

= + pmi

VD

+

VPMS VD

V

VPMI

Trabajo indicado (Wi): Es el trabajo que se obtiene en el ciclo durante las carreras de compresin y expansin:

W i P dV

Presin media indicada (pmi):

Potencia indicada (Ni):

pmi W i

VD

i

1 / 2 en 4T

Par indicado (Ti):

Ni W

1 / in pmi VD n i i =

1 en 2T

Ti i

pmi VD

2 Rendimiento indicado (i): Expresa "la calidad" con que se transforma la

energa almacenada en el combustible en energa mecnica sobre el pistn.

i Ni m f HC

W i

mfcc HC

pmi VD

mfcc HC

HC Poder calorfico del combustible: Energa que se desprende por unidad de masa de combustible quemado.



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MEP

e

PARMETROS EFECTIVOS

Parmetros relacionados con aspectos termodinmicos y mecnicos del ciclo.

Potencia efectiva (Ne): Es la potencia que se tiene en el eje del cigeal. Es de menor valor que la potencia indicada porque esta disminuida por las prdidas que tienen lugar hasta la salida de fuerza por el cigeal.

Par efectivo (Te): Te

Ne

2 n

Presin media efectiva (pme):

pme

Ne

n VD i

2 Te

VD i

Para un motor dado el par y la presin media efectiva estn ligados por la cilindrada.

MEP turismos MEP deportivos

pmemax 8 , 14bar pmemax 8.5 , 25bar

Rango de pme MEC automocin MEC

pmemax

max

6 , 16 bar

4T industriales pme 5.5 , 23bar

MEC 2T lentos pmemax 10 , 15bar

Trabajo efectivo (We): Es el trabajo que se obtiene en el eje del cigeal durante un ciclo de trabajo completo.

We N n i

Rendimiento efectivo (e): Expresa "la calidad" con que se transforma la energa liberada por el combustible en energa mecnica en el eje (cigeal).

Ne We pme VD e

m f HC mfcc HC mfcc HC

MEP e 0.25 , 0.3

Rangos e industriales e 0.35 , 0.45MEC e 0.30 , 0.5



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PARMETROS DE PRDIDAS MECNICAS

Parmetros que relacionan la energa mecnica existente en el pistn con la que se tiene en el cigeal a la salida del motor.

Estas prdidas tienen tres orgenes:

Prdidas por friccin.

Accionamiento de auxiliares.

Prdidas de bombeo.

Potencia absorbida por prdidas mecnicas (Npm):

Npm Ni Ne

Presin media de prdidas mecnicas (pmpm):

pmpm pmi pme

Par de prdidas mecnicas (Tpm):

Tpm Ti Te

Trabajo de prdidas mecnicas (Wpm):

Wpm W i We

Rendimiento mecnico (m): Es la relacin entre la energa mecnica que se extrae a travs del cigeal y la que se obtiene en el pistn.

m

pme Ne

pmi Ni

e Te We

i Ti W i



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RESUMEN DE PARMETROS i, e y pm

i

INDICADOS: Energa combustible Energa mecnica sobre el pistn

m

MECNICOS: Energa mecnica pistn Energa mecnica cigeal

e

EFECTIVOS: Energa combustible Energa mecnica cigeal

e i m

Para un motor, conocido el rgimen n, el gasto de combustible, el poder calorfico del combustible y uno de los parmetros, es posible obtener el resto.

VD n i

Pm

(Presin media)

m fcc Hc

VD

N

(Potencia)

(Rendimiento)

1

2 n

M

(Par)

2

i W (Trabajo)

1

m fcc Hc



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OTROS PARMETROS (I)

Rgimen (n): Es la velocidad angular con que gira el cigeal. Suelen utilizarse los tres tipos de unidades siguientes.

60

rpm (rev/min)

n (rev/s)

2

60

1

2

(rad/s)

Velocidad lineal media (Cm): Velocidad media con que se mueve el pistn.

Cm 2 S n

MEP turismos

Cm 8 , 16 m / s

MEP deportivos

Cm 15 , 23 m / s Rango de Cm a Nmax MEC automocion

MEC 4T industriales MEC 2T lentos

Cm 9 ,

Cm 6 ,

Cm 6 ,

13 m / s

11 m / s

7 m / s

Potencia especfica: (puede ser por unidad de masa o volumen)

Nf (vol) = N

VD

Nf (mas) = N

mmotor

(Potencia por unidad de cilindrada)

(Potencia por unidad de masa del motor)

Los MEP presentan mayores Nf que los MEC no sobrealimentados.

Los motores 2T presentan mayores Nf que los motores 4T.



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f

OTROS PARMETROS (II)

Consumo especfico (gf): Mide (habitualmente en g/Kwh) el consumo de combustible por unidad de potencia extrada. Es un parmetro relacionado con el rendimiento a travs del poder calorfico del combustible. Puede ser indicado (gif) o efectivo (gef).

gf m

1

N Hc

MEP Rango de gef

gef 320 , 280 g / kWh

MEC gef 280 , 180 g / kWh Rendimiento volumtrico (v): Es un indicador del llenado de aire o mezcla

del motor, comparndolo con el llenado terico a una temperatura de referencia.

v mmcc m m 1 m a VD im VT im n i C VT ia n i

ia Densidad del aire en las condiciones de referencia.

C Relacin entre el volumen ocupado por el aire y el ocupado por la mezcla admitida.

ma 1

C Va

pa 29 29 VT pi ma

mh mf 1

h

F 29 18 Mf 29 18 Mf

Para combustibles de elevado peso molecular (gasolina, gasoleo) y las humedades habituales en el aire C toma valores prximos a uno.

Grado de carga: para un rgimen de giro dado, el grado de carga expresa la relacin entre el par mximo del motor a ese rgimen y el que est suministrando el motor en las condiciones de funcionamiento.

En MEP se acta sobre la posicin de la mariposa de admisin y de esta manera se modifica la macc y el sistema de formacin de la mezcla ajusta la mfcc. En MEC se acta sobre la bomba inyectora para modificar directamente la mfcc.

M w e i

mfcc Hc e i e

2 2

Existe una relacin siempre creciente entre el actuador del grado de carga y el par efectivo. Algunas veces se el grado de carga se define como la posicin del actuador respecto a su posicin mxima o de plena carga.



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POTENCIA Y PAR EN FUNCIN DE LOS PARMETROS (Concepto de grado de carga)

La potencia suminstrada por un motor alternativo se puede expresar como sigue:

Ne m f Hc e m a F HC e n i VT C ia v Fr Fe HC i m

el par se puede expresar de la misma forma dividiendo por la velocidad angular:

Me 1

i V C 2

T

ia

v Fr Fe HC

i m

Podemos hacer un anlisis de la dependencia de cada uno de estos parmetros y agruparlos:

Parmetros dependientes del combustible y de las condiciones atmosfricas; Fe Dosado estequiomtrico Hc Poder calorfico del combustible

ia Densidad del aire. C Depende muy ligeramente del dosado, en los motores donde ese

parmetros es importante (MEP a gas) el dosado relativo no vara.

Parmetros de diseo del motor, algunos se eligen y otros indican el grado de xito en el diseo:

i Tipo de motor (2T o 4T). VT Cilindrada del motor.

e Rendimiento efectivo, este parmetro depende de las condiciones de funcionamiento.

Parmetros de diseo que se modifican en funcionamiento respecto de su valor mximo de diseo, podramos llamarlos parmetros de funcionamiento:

v Rendimiento volumtrico: en los MEP. Se modifica para variar el par

que suministra el motor, el valor mximo depende ligeramente del rgimen de giro.

Fr Dosado relativo: en MEC se modifica para variar el par, en MEP varia poco en todos los puntos de funcionamiento.

n Rgimen de giro: este parmetro se fija en el punto de equilibro entre el par resistente y el par motor.

A la relacin entre el par mximo y el par real que est dando el motor se le suele denominar grado de carga.



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POTENCIA Y PAR EN FUNCIN DEL REGIMEN

Me 1

i V C 2

T

ia

v Fr Fe HC

i m

Para un motor dado y en unas condiciones atmosfricas definidas, el par depende fundamentalmente del producto de los tres rendimientos y del dosado relativo.

En condiciones de plena carga, ninguno de los cuatro vara mucho cuando se modifica el rgimen. Cabe destacar la cada del rendimiento mecnico a alto rgimen y algo similar le ocurre al rendimiento volumtrico en los motores de aspiracin natural.

Se puede decir que a plena carga el par permanece sensiblemente constante al variar el rgimen. Las variaciones que puede tener son fundamentalmente debidas al rendimiento volumtrico y en menor medida al dosado relativo y el rendimiento indicado, a alto rgimen la cada del rendimiento mecnico y el rendimiento volumtrico hace que el par decrezca.

Ne 2 n Me

En consecuencia la potencia aumenta linealmente con el rgimen de giro y solo a alto rgimen alcanza un mximo cuando el incremento de rgimen no compensa la cada del par.

Memax Nemax

Diferentes curvas de para para diferentes grados de cargas: Modificacin de Fr MEC

Modificacin de v MEP

n



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BIBLIOGRAFA

Muoz, M., Payri, F. Motores de Combustin Interna Alternativos. Servicio Publicaciones E.T.S. Ingenieros Industriales, Universidad Politcnica Madrid, 1994. Cap. 1: Caractersticas Fundamentales de los MCIA (pp. 3-25).


Semejanza

Co Pgina 1

SEMEJANZA DE MOTORES ALTERNATIVOS

BASES DE LA SEMEJANZA

CONSECUENCIAS DE LA SEMEJANZA

IMPLICACIONES DE LA SUBDIVISIN DE LA CILINDRADA

CONSIDERACIONES FINALES

EJEMPLOS: Subdivisin de la cilindrada Curvas de par Estudio comparativo de motores de automocin


Semejanza

Co Pgina 2

BASES DE LA SEMEJANZA EN MCIA

FINALIDAD:

Sirve para explicar las tendencias que presentan los MCIA al variar su

tamao (al variar su cilindrada).

Teora simple (utiliza aproximaciones) y no exacta pero que es una herramienta til y rpida para el diseo y eleccin de motores segn la aplicacin que se les quiera dar.

CONDICIONES A CUMPLIR POR MCIA SEMEJANTES:

1. Semejanza geomtrica: La relacin entre dos dimensiones geomtricas cualesquiera, en uno de ellos, es igual a la relacin entre las dimensiones geomtricas respectivas, en el otro (motores iguales pero a escala).

2. Trabajar en iguales condiciones ambientales.

3. Trabajar con iguales reglajes

T agua refrigerante Dosado Punto de encendido

etc.

4. Poseer la misma velocidad media del pistn Cm.


Semejanza

Co Pgina 3

IGUALDAD DE LAS PRESIONES MEDIAS EN MCIA SEMEJANTES(I)

IGUALDAD DE PMI EN MOTORES SEMEJANTES:

pmi W i i Hc mfcc i Hc F macc

i Hc F v ia VD VD VD

El rendimiento volumtrico (v) se ver que se puede hacer depender nicamente de relaciones entre magnitudes geomtricas (1), condiciones

ambientales (2) y Cm (4). As para motores semejantes v se mantiene.

F es el mismo (3).

ia es la misma (2).

Hc es el mismo pues se utiliza el mismo combustible.

i a pesar de variar las prdidas de calor se supone que se mantiene. Posiblemente esta hiptesis es la ms alejada de la realidad.

La pmi se puede considerar igual para motores semejantes.


Semejanza

Co Pgina 4

IGUALDAD DE LAS PRESIONES MEDIAS EN MCIA SEMEJANTES(II)

IGUALDAD DE PMPM EN MOTORES SEMEJANTES:

Las prdidas de rozamiento (pmpmR) se pueden considerar iguales ya que dependen de manera fundamental de Cm (4) y pmi (se mantiene).

Las prdidas por bombeo (pmpmB) son las mismas pues dependen

fundamentalmente del v (se mantiene), Cm (4) y relaciones entre dimensiones geomtricas (1).

Las prdidas por accionamiento de auxiliares (pmpmA) se suponen que son iguales porque la variacin de la energa necesaria para el accionamiento de auxiliares ser proporcional a la variacin del tamao.

pmpm pmpmR pmpmB pmpmA

La pmpm se puede considerar igual para motores semejantes

IGUALDAD DE PME EN MOTORES SEMEJANTES:

pme pmi pmpm La pme es igual para motores semejantes.


Semejanza

Co Pgina 5

A

CONSECUENCIAS DEDUCIDAS DE LA SEMEJANZA DE MOTORES (I)

Nos referiremos a motores monocilndricos aunque los resultados se pueden extender a motores policilndricos con igual o distinto nmero de cilindros, siempre y cuando se guarde la semejanza cilindro a cilindro.

Para dos motores semejantes 2 y 1, siendo 2 ms grande que 1, se define la

relacin de semejanza geomtrica como la relacin entre dos magnitudes lineales geomtricas cualesquiera de ambos motores.

L2 1

L1

1.- Relacin entre potencias

Ne = Ap pme S n i

p

pme Cm i 2

As la relacin entre potencias: Ap2

pme Cm i Ne2

= 2 2 Ne1 Ap1

2

pme Cm i

La potencia crece con el cuadrado de , no con el cubo como la cilindrada.


Semejanza

Co Pgina 6

CONSECUENCIAS DEDUCIDAS DE LA SEMEJANZA DE MOTORES (II)

2.- Relacin entre pares

T Te2

pme i VT2

Te = pme i V

2 2 3

Te1 pme i VT1

2

El par crece como la cilindrada, con el cubo de

3.- Relacin entre el nmero de revoluciones

n Cm

2S

Cm

n2 2S2

1

n1 Cm

2S1

Los motores son tanto ms lentos cuanto ms grandes son.

4.- Relacin entre potencias por unidad de superficie de pistn:

La potencia por unidad de rea de pistn no vara en motores semejantes:

Ne

pme Cm i

Ne2

Ap2 1

Ap 2 Ne1

Ap1

La potencia dividida por el rea del pistn da una idea del xito en el diseo.


Semejanza

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CONSECUENCIAS DEDUCIDAS DE LA SEMEJANZA DE MOTORES (III)

5.- Relacin entre potencias especficas:

Tanto la masa del motor como la cilindrada varan con 3.

Ne2 Ne2

mmotor 2 VD 2 Ne2 VD1 2

1

1 Ne1

mmotor1

Ne1

VD1

Ne1 VD2 3

En motores semejantes conforme aumenta el tamao disminuye la potencia especfica. Si se quiere mejorar la potencia especfica en un motor grande hay que acudir a la sobrealimentacin o a los motores de 2T.

6.- Relacin entre el cociente calor cedido al refrigerante - calor aportado:

Calor aportado por el combustible

cilindrada.

Qap , comb mfcc Hc mfcc Hc Vara como la

Calor cedido al refrigerante Qref A h T

n i Depende fundamentalmente del

rea (A) y del rgimen (n).

Qref 2

Qap, comb2

Qref 1

Qap, comb1

A2

A1

Qap, comb1

Qap, comb2

n1

2 1

n2 3

1

Si el coeficiente de pelcula (h) se mantuviese en motores semejantes, el cociente entre el calor cedido al refrigerante y el calor aportado se mantendra constante. Ocurre que el coeficiente de pelcula disminuye al aumentar el tamao del motor por lo que los motores ms grandes son ms adiabticos.

Realmente el cociente vara con 1

0.25


Semejanza

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Z

Z A

3

IMPLICACIONES DERIVADAS DE SUBDIVIDIR LA CILINDRADA(I)

Se parte de dos motores semejantes con igual cilindrada y distinto nmero de cilindros. Como los cilindros del motor 2 son ms grandes, el nmero de cilindros del motor 1 ser mayor que el nmero de cilindros del motor 2:

L2 1

L1

VT2 = VT1

Z1 Z2

Como las cilindradas son iguales:

VT 2

Ap2 S2 Z2 3

Z2 1

Z2 =

1 VT1 Ap1 S1 Z1 Z1 Z1 3

As la relacin entre potencias totales queda:

Ne2

Ap2 2

Cm pme i Z2 1 1

2 2 2 Ne1 p1

1 Cm pme i Z1

2

Para igual cilindrada, al aumentar el nmero de cilindros aumenta la potencia.


Semejanza

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IMPLICACIONES DERIVADAS DE SUBDIVIDIR LA CILINDRADA(II)

Otras implicaciones de subdividir la cilindrada son:

Al subir el nmero de cilindros el par motor es ms regular.

Al subir el nmero de cilindros el nmero de piezas aumenta, si bien son ms

pequeas.

Al aumentar el nmero de cilindros el rgimen del motor aumenta (los

cilindros son ms pequeos).

Al subir el nmero de cilindros la vida de las piezas disminuye al aumentar su

desgaste relativo (mayores regmenes).

Al subir el nmero de cilindros las disposiciones constructivas son ms

complicadas (disposicin de cilindros en V,..etc).

En MEP al subir el nmero de cilindros aumenta la trasmisin de calor a

travs de las paredes existiendo menos posibilidades de detonacin.

En MEC al subir el nmero de cilindros aumenta la transmisin de calor

provocando: dificultad en el arranque, marcha dura, ms humos, etc.


Semejanza

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CONSIDERACIONES FINALES SOBRE LA SEMEJANZA

En la prctica Cm y pme no se mantienen al variar la cilindrada. Al aumentar la cilindrada Cm y pme bajan por existir criterios ms conservadores en el diseo.

Sin embargo Cm y pme s que se mantienen bastante constantes cuando se trata de motores para una misma aplicacin. As, la semejanza puede ser muy til en la eleccin de un motor para una determinada aplicacin entre varios existentes en el mercado.

En la tabla adjunta se relacionan los parmetros ms caractersticos de los motores, tomando los valores tpicos en funcin del tipo de aplicacin.

TIPO DE MOTOR

S/D

Cm

(m/s)

pme (bar)

Ne/VT

(kW/l)

Ne/Ap

(kW/cm2)

gef

(g/kWh)

Rgimen

(rpm)

MEP automocin 4T (1000 cc, 4 cilindros)

MEP automocin 4T (2000 cc)

MEP competicin (400 kW)

MEC automocin 4T inyecc. indirecta (45 kW)

MEC automocin 4T (100 kW) aspiracin natural

MEC automocin 4T (200 kW) sobrealimentado

MEC Tractor 4T (45 kW) aspiracin natural

MEC Tractor 4T (75 kW) aspiracin natural

MEC Traccin ferroviaria 4T (1400 kW) sobrealimentado

MEC Industrial 4T (10000 kW) sobrealimentado

MEC Barco 2T (35000 kW) sobrealimentado

0.9

0.9

0.6

1.2

1.1

1.1

1.2

1.2

1

1.2

2.2

13

14

23

11

10

10

9

8.5

11

8.5

6.6

10

9

12

9

8

12

6

6

16

20

13

40

35

130

15

14

18

13

11

13

8

2

0.2

0.2

0.5

0.22

0.18

0.25

0.14

0.13

0.40

0.42

0.42

300

300

430

260

235

225

225

225

215

200

190

5800

5500

12000

4500

2600

2600

2500

2400

1500

520

80 - 150


Semejanza

Co Pgina 11

z D 2

2

1

2 2

EJEMPLO DE LA SUBDIVISIN DE LA CILINDRADA (I)

Se tiene un MEP tricilndrico, de 4T, con una cilindrada de 600 cm3 y con una relacin carrera-dimetro igual a la unidad, que suministra una potencia de 35 kW a 7500 rpm. (Motor n1).

Se pretende disear un motor semejante al anterior, bicilndrico y que suministre la misma potencia. (Motor n2).

Relacin de semejanza. Como ambos motores suministran la misma potencia:

1 Ne2

z A p2

2 4 60

cm 2 pme2

2

2 2

z2 2

Ne1 A

z p1

1 4 60

cm1 pme1 z1 D1 z1

z1 3

1.22 z 2 2

Determinacin de las cotas geomtricas, cilindrada y rgimen de mxima potencia del nuevo motor.

2

3 VT1 4 2

VT1 4

D1 s1 z1

4 D1 z1

D1 3

z1 6.4 10 m s1

D 2 D1 7.8 10 2

m s 2

VT 2

VT1

z D 2 s

z1 D 2 s1

1 3

2

VT2

VT1

732 cm 3

n 1

n 6147 rpm 2

1


Semejanza

Co Pgina 12

EJEMPLO DE LA SUBDIVISIN DE LA CILINDRADA (II)

Velocidad lineal media del pistn y presin media efectiva. Por ser semejantes los dos motores, la cm y la pme sern iguales en ambos.

cm1 2 s1 n1 16 m

s cm 2

Ne1 pme1 9.3 bar pme 2

V n

T1 2 60

Ventajas e inconvenientes entre los dos motores, donde el motor n2 es ms grande y tiene menos cilindros:

z1 z 2

D1 D 2

Inconvenientes del motor n2:

VT2 VT1

Ne 2 Ne1

- Como por lo que la potencia especifica del Ne 2 Ne1 VT2 VT1

motor 2 es menor que la del 1

- Como z2 < z1 , el Me2 ser ms irregular que el Me1.

-Como es un MEP, y el motor n2 es ms grande (ms adiabtico), la tendencia a la detonacin aumentar en este motor.

Ventajas del motor n2:

- Como VT2>VT1 2 > 1 ya que tiene menos prdidas de calor.

- Como z2 < z1 , el nmero de piezas del motor n2 ser menor y por tanto su disposicin constructiva ser menos complicada.

- Como D2 > D1 , las piezas del motor n2 sern ms grandes y robustas y entonces la vida de stas ser ms larga (para un igual desgaste mecnico).


Semejanza

Co Pgina 13

ESTUDIO DE SEMEJANZA DE MOTORES A PARTIR DE SUS CURVAS DE PAR (I)

Te

101,25 Nm

30 Nm

3500 5250

1000 2000 3000 4000 5000 rpm

Las curvas corresponden a dos motores de aspiracin natural, de 4 Tiempos y 4 cilindros cuadrados es decir, D/S=1.

Para ser semejantes deben tener la misma presin media efectiva, pme, y la misma velocidad lineal media del piston, cm.

Suponiendo que la velocidad lineal media es la misma, se puede decir:

2 S1 n1 2 S2 n2


Semejanza

Co Pgina 14

ESTUDIO DE SEMEJANZA DE MOTORES A PARTIR DE SUS CURVAS DE PAR (II)

Aplicando la ecuacin anterior en los puntos de par mximo se tiene:

2 S1 2000

2 S 60

2

3000

60

de donde: S1

2000 1,5

S2 3000

Tambin podemos decir:

T V pme

1

L3 pme e 1 T 1 4

1 1

T V pme2

L3

pme e 2 T 2 4

2 2

de donde se obtiene la relacin ya conocida:

Te1 3

L 1 3

Te2 L 2

Tomando el punto de par mximo:

101,25 3,375 1,5 3

30

3

Por lo tanto, se cumple la relacin y los motores son semejantes.


Semejanza

Co Pgina 15

ESTUDIO DE SEMEJANZA DE MOTORES A PARTIR DE SUS CURVAS DE PAR (III)

Para ver si los valores de par son coherentes con el rgimen de giro y las caractersticas indicadas, suponemos un valor razonable de presin media efectiva, por ejemplo 10 bares.

De la relacin entre el par y la presin media efectiva obtenemos:

VT 2

4 Te 2

pme2

4 101,25 (Nm)

10 105 (Pa)

0.001272 m3 1272 cm 3

La cilindrada de un motor cuadrado (S = D) responde a la frmula:

VT S2

S Z 4

S3 4 VT

Z

S2 0,074 m

La velocidad lineal media del pistn en el punto de rgimen mximo es:

cm2

2 S2 n2

2 0.074 3500

60

8.63 m / s

La velocidad media del pistn toma valores entre 10 y 20 m/s, por lo tanto, los valores de par de los motores no son coherentes con el rgimen de giro y las caractersticas indicadas.


Semejanza

Co Pgina 16

ESTUDIO DE SEMEJANZA DE MOTORES A PARTIR DE SUS CURVAS DE PAR (IV)

El planteamiento poda haber sido inverso; si se supone un valor razonable de Cm de 13 m/s para el rgimen mximo:

S Cm 2 n

S2 13 m / s

0.110 m

2 3500 60

La cilindrada de un motor ser:

VT S3

Z 4

VT 2 0.110 3

4 0.004181 m 4

3 4181 cm3

La presin media efectiva mxima (en el punto de mximo par) es:

pme2

4 Te 2

4 101,25 (Nm) 3

304315 Pa 3.04 bar

VT 2 0.00418 (m )

Los valores habituales de pme oscilan entre 9 y 11, en consecuencia la presin media efectiva a quedado muy pequea lo que redunda en que los valores de par de los motores no son coherentes con el rgimen de giro y las caractersticas indicadas.

Las curvas de par de los motores corresponden, o bien a motores de pequea cilindrada con una pme aceptable pero que sin embargo no pueden subir de revoluciones hasta los valores habituales, o a motores grandes acordes con el rgimen de giro que no tienen una buena pme.


Semejanza

Co Pgina 17

ESTUDIO COMPARATIVO DE MOTORES DE AUTOMOCIN

Algunas conclusiones que se pueden extraer del anlisis de las tablas son:

Los MEC tienen una menor velocidad lineal media que los MEP.

Los MEC tienen una menor pme que los MEP y los motores

sobrealimentados tienen mayor pme que los de aspiracin natural.

En los MEP la velocidad lineal media mxima crece con la cilindrada.

BIBLIOGRAFA

Muoz, M., Payri, F. Motores de Combustin Interna Alternativos. Servicio Publicaciones E.T.S. Ingenieros Industriales, Universidad Politcnica Madrid, 1994. Cap. 9: Semejanza de Motores (pp. 215-227).

OTROS:

Revistas de Motociclismo del 1996 Autocatlogo 1995 y 1996

o

ro--.

o

a

=

...

a. ;u "' en

1 i

:::; ro

.... Dl

(/) ......

:5:3 ro ro (!],.....

Dl

GEOMETRIA PARAMETROS SEUDO-ADIMENSIONALES OTROS PARAMETROS

1Marca y Mo de o z V vulas Rel acin de Clllndrad


Ciclos Termodinmicos

Pgina 1

CICLOS TERMODINMICOS EN LOS MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA ALTERNATIVOS

INTRODUCCIN

CICLO IDEAL DE AIRE

CICLO TEORICO AIRE COMBUSTIBLE

CICLO REAL EN MEC Y EN MEP

MEDIDA DE PARMETROS INDICADOS



Pgina 2

INTRODUCCIN (I)

EVOLUCIN DEL FLUIDO EN EL MOTOR ALTERNATIVO

P

+

VPM S VD

V

VPMI

RENOVACIN DE LA CARGA

Admisin Escape

CICLO TERMODINMICO BSICO

Compresin Combustin Expansin



Pgina 3

INTRODUCCIN (II)

CICLO TERICO

Ciclo termodinmico bsico en el que se hacen ciertas hiptesis simplificadoras las cuales permiten la realizacin de clculos ms fcilmente y sirven de modelos de referencia o comparacin.

Prdidas de calor

Proceso de combustin

Propiedades del fluido

Proceso de renovacin de la carga

1. CICLO IDEAL DE AIRE Base terica muy simple, el rendimiento se puede calcular a partir de frmulas

2. CICLO TERICO AIRE COMBUSTIBLE Se consideran las propiedades del fluido ms prximas a la realidad, el rendimiento hay que calcularlo con mtodos numricos.

3. CICLO REAL Se analiza a partir del diagrama indicador (medidas de presin en el cilindro).

ndice de calidad de un ciclo

Indica la aproximacin entre un ciclo real y uno terico, se define como:

K WR

Wteorico

R teorico



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CICLO IDEAL DE AIRE (I)

HIPTESIS

1. Calor especifico del fluido constante. 2. Sucesin de procesos similar a las del motor real. 3. La misma relacin de compresin volumtrica que en el motor. 4. La misma aportacin de energa por unidad de masa que en el proceso

real. 5. La misma presin y temperatura al inicio de la compresin que en el

proceso real.

CICLO AIRE A VOLUMEN CONSTANTE

La aportacin de calor al fluido se hace instantneamente en el punto muerto superior al final de la carrera de compresin.

Conclusiones principales:

1 1

r 1

1. El rendimiento aumenta con la relacin de compresin. 2. El rendimiento slo depende de la relacin de compresin.

3. El rendimiento aumenta con la cual disminuye con el dosado.

Este ciclo suele ser representativo de los motores de encendido provocado.



Pgina 5

P

V

CICLO IDEAL DE AIRE (II)

CICLO DE AIRE A PRESIN LIMITADA

La aportacin de calor se realiza a volumen constante hasta que se alcanza una determinada presin (Pmax) a partir de aqu el resto de calor se libera mientras baja el pistn de manera que la presin se mantiene constante e igual a la presin mxima.

La presin mxima suele ser la presin mxima que se da en el motor real.

1 1

1 r 1

1 1

Definiciones

P3

1. Grado de combustin a volumen constante 2

=1 P=cte.

V3 A

2. Grado de combustin a presin constante 3

=1 V=cte.

Este tipo de ciclo es caracterstico de los motores diesel rpidos.



Pgina 6

CICLO IDEAL DE AIRE (III)

CICLO DE AIRE A PRESIN CONSTANTE

Es una particularizacin del anterior en el que ALFA es 1 y todo el combustible se quema a presin constante.

1 1

1

r 1 1

Este tipo de ciclo es caracterstico de los motores diesel lentos.

EXPRESIONES RELACIONADAS CON LOS CICLOS

Calor aportado a volumen constante

Calor aportado a presin constante

Q

Cv T1

Q

Cv T1

r 1 1

r 1 1

Trabajo obtenido en el ciclo W

Cv T1 r 1 1 1 1

Temperatura mxima del ciclo T3 A T1

r 1

Presin mxima del ciclo P3 P1

r 1



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CICLO IDEAL DE AIRE (IV)

COMPARACIN DE LOS DIFERENTES CICLOS

a)Mismo calor aportado y misma relacin de compresin.

El ciclo con mejor rendimiento es el de volumen constante despus el de presin limitada y el de peor rendimiento el de presin constante. Sin embargo el de presin constante es el que tiene una menor presin mxima.



Pgina 8

CICLO IDEAL DE AIRE (V) b) Misma presin mxima y mismo calor aportado

Para un mismo calor aportado y con limitacin de presin mxima el ciclo con mejor rendimiento es el de presin constante y es el que puede tener mayor relacin de compresin.

c) Misma presin mxima y misma temperatura mxima

El ciclo con mejor rendimiento es el de presin constante, tambin es el de mayor trabajo ya que tiene ms rea.



Departamento de Ingeniera Energtica y Fluidomecnica Andrs Melgar Bachiller

Pgina 9

CICLO IDEAL DE AIRE (VI)

CONSIDERACIONES FINALES SOBRE EL CICLO IDEAL DE AIRE

Los motores de encendido provocado tienen menor relacin de compresin

que los motores de encendido por compresin y dentro de estos ltimos los lentos tienen menor relacin de compresin que los rpidos.

La comparacin de ciclos slo tiene sentido para situaciones similares.

En motores de encendido provocado el calor aportado por unidad de masa es mayor (mayor dosado).

El grado de explosin a volumen constante est muy relacionado con la primera fase de la combustin en MEC.

En MEC la relacin de compresin mnima viene fijada por razones de arranque en fro y en MEP la relacin de compresin mxima viene fijada por razones de detonacin (picado de biela).

Las presiones mximas son mayores en los MEC rpidos que en los lentos y son menores an en los MEP.




Pgina 10

CICLO TERICO AIRE COMBUSTIBLE

En este tipo de ciclo el calor especfico aumenta con la temperatura con lo cual empeora el rendimiento. Si Cv crece aportando el mismo calor obtenemos una menor temperatura final con lo cual el rendimiento disminuye.

Q = Cv (Tf - Ti) Cv cte < Cv aire < Cv aire-combustible

Cv=cte

Cv=f(T)

Cv=f(T,F)

P1=1 bar T1=320 K




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CICLO REAL EN MEP(I)

Perdidas

de tiempo

Ciclo real

con

adelanto en

apertura de

valvula de

escape

Ciclo ideal sin

transmisin de

calor

Ciclo ideal con

transmisin de calor

Perdidas de

calor

Perdidas

de calor

Ciclo real con

adelanto en

apertura de

valvula de

escape

Perdidas

de escape

Causas de las diferencias:

Fugas En motores nuevos y puestos a punto son muy bajas.

Combustin incompleta Retencin de HC en huecos, depsitos y lubricante. Apagado de llama.

Pared T Combustin

T Mnima de combustin

T Pared

Distancia de apagado

(inquemados)




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CICLO REAL EN MEP(II)

Prdidas de tiempo

En el proceso de combustin existe un frente de llama que tiene que recorrer toda la cmara de combustin para que la combustin se complete.

El tiempo que tarda en recorrerse toda la cmara depende fundamentalmente de:

Naturaleza del combustible y dosado. Forma y tamao de la cmara de combustin. Nmero y posicin de las bujas. Condiciones operativas del motor.

La potencia y el rendimiento mximo se obtienen cuando la combustin est centrada respecto del punto muerto superior.

Combustin progresiva

Debido a que las condiciones de presin y temperatura a lo largo del periodo de combustin varan, el rendimiento del proceso tambin vara, dando lugar a una prdida.

Prdidas de calor

Es necesario refrigerar la cmara de combustin y esto provoca las prdidas de calor. La mayor transmisin de calor se produce durante el proceso de expansin y escape, siendo muy poco lo que se produce durante la compresin. Durante el proceso de admisin el calor se transmite de las paredes al fluido (ganancia de calor).

Prdidas de escape

La vlvula de escape se abre antes del PMI intencionadamente para mejorar el proceso de renovacin de la carga. Lo que se pierde en el proceso de expansin se recupera en el proceso de renovacin de la carga, por lo que en cierto modo no se pueden considerar como prdidas.




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CICLO REAL EN MEP(III)

EFECTO DE LA VARIABLES OPERATIVAS

Punto de encendido

Tiene una gran influencia sobre la potencia y el rendimiento, para que la combustin se mantenga centrada al aumentar el rgimen de giro es necesario aumentar el avance.

0

Rgimen de giro

A regmenes bajos las prdidas de calor y por fugas aumentan.

Para la misma velocidad de combustin, al aumentar el rgimen de giro, la combustin dura ms angularmente por lo que hay que avanzar el inicio de la combustin para que esta permanezca centrada.

ejemplo:

Si la combustin dura 3ms, a 2000 rpm angularmente esto es: t 360 2000

0.003 36 esto 60

supone un avance de 18 para que la combustin est centrada en el PMS.

Si el rgimen de giro es 4000 rpm t

360 4000 0.003 72 lo cual supone un avance de 36 para

60

conseguir el mismo centrado de la combustin.




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CICLO REAL EN MEP(IV)

Presin de admisin

Al aumentar la presin de admisin aumenta la presin media indicada y por tanto la potencia.

4/4

3/4

2/4

1/4

La modificacin de la presin de admisin se da en los casos de sobrealimentacin y de regulacin de la carga, esto ltimo slo en MEP.

Presin de escape

Influye en el proceso de renovacin de la carga de manera que al aumentar la presin de escape se aumentan los residuales y esto hace que la combustin se desarrolle ms lentamente.

Relacin combustible aire (dosado)

Mejora la potencia hasta valores del dosado relativo del orden de 1.15 y el rendimiento es mejor para valores del orden de 0.9




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CICLO REAL EN MEC (I)

Caractersticas del proceso de combustin en MEC

En los MEC existe un retraso desde que se inicia la inyeccin de combustible hasta que se inicia la combustin.

El tiempo de retraso va seguido de un aumento brusco de la presin debido a que se quema gran parte del combustible inyectado durante el tiempo de retraso.

Posteriormente el resto del combustible se quema en un proceso de combustin ms lento durante el proceso de expansin.

La duracin angular de cada una de estas tres fases varan con el diseo y las condiciones operativas.

MEP MEC

MEC

MEP




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CICLO REAL EN MEC (II)

Prdidas de tiempo en MEC

Las prdidas de tiempo en MEC son ms variables que en los MEP pues el proceso de combustin se ve muy modificado en funcin de las variables operativas: rgimen y grado de carga fundamentalmente.

MEP

ME C

MEP

MEC

No hay que olvidar que en estos diagramas los dos ciclos tienen la misma relacin de compresin pero realmente en MEC la relacin de compresin es aproximadamente el doble que en MEP.




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MEDIDA DE PARMETROS INDICADOS

En la actualidad se utilizan captadores piezoelctricos para medir la presin, la adquisicin de datos est sincronizada con un codificador angular que genera la seal de disparo de la adquisicin (1xVuelta) y la seal de reloj (NxVuelta).

La seal de disparo indica el inicio de la adquisicin y es necesario saber en que posicin angular est respecto de alguna referencia generalmente el PMS.

La seal de reloj dispara cada una de las adquisiciones individuales de datos, con lo que sabiendo el incremento angular de la seal de reloj se sabe la distancia angular entre cada dato.

De esta manera slo se registra una seal, la de presin pero se sabe a que posicin angular corresponde cada dato y consecuentemente se conoce el volumen en el interior del cilindro.

Captador presin

(piezoelctrico)

N Vuelta Captadores de posicin

(magnticos u pticos)

Seal 1 Vuelta

1 Vuelta

Referencia Angular




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BIBLIOGRAFA

Taylor, C. F., The Internal Combustion Engine in Theory and Practice. The MIT Press, 1982. Cap. 2: Air Cycles (pp.22-39). Cap. 4: Fuel-Air Cycles (pp. 67-106). Cap. 5: The Actual Cycle (pp. 107-146).


Refrigeracin y Lubricacin

Pgina 1

REFRIGERACIN Y LUBRICACIN

OBJETIVOS DE LA REFRIGERACIN

REFRIGERACIN POR LQUIDO

REFRIGERACIN POR AIRE

COMPARACIN ENTRE TIPOS DE REFRIGERACIN

PERDIDAS MECNICAS

TIPOS DE LUBRICACIN

LUBRICACIN A PRESIN

PROCEDIMIENTOS PARA LA DETERMINACIN DE LAS PRDIDAS MECNICAS



Pgina 2

OBJETIVOS DE LA REFRIGERACIN

La refrigeracin en los motores de combustin interna alternativos viene impuesta por exigencias mecnicas. Desde el punto de vista del ciclo es una prdida y por lo tanto tiene una influencia negativa en el rendimiento

Disminucin de las prdidas de calor: - Aumento del rendimiento - Motores adiabticos

OBJETIVOS

Acotar la temperatura, lubricacin, dilataciones.

Cilindro: 200 C

Pistn: 200 a 350 C

Culata: 300 C

Vlvula de escape: 700 C

Segmentos: 225 C

Estos valores dependen del tamao del motor y de las condiciones operativas, por ejemplo la temperatura de las distintas zonas del pistn vara con el rgimen de giro o con la presin media efectiva:



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REFRIGERACIN POR LQUIDO

10 1 Bomba

3 2 Bloque

6 8

4 3 Culata 5 2 4 Termmetro

5 Termostato 6 Radiador

7 Refrigerador aceite 8 Electroventilador

1 9 Termointerruptor

10 Vaso de expansin

9 7

Fluido refrigerante: agua. Anticongelante. Circuito presurizado para subir las temperaturas de ebullicin.

Bomba de impulsin centrfuga:

Tamao reducido.

Grandes caudales con alturas reducidas.

Caudal de refrigerante: punto de corte de las curvas.

aprox. 2 l min

kW

en mxima potencia.

Presin: 0.5 a 1.5 bar.

Sistema de regulacin para cargas parciales.

Termostato: distribuye el agua entre el circuito bsico y el bypass.

Puesta en marcha: circuito bsico cerrado.

Apertura del termostato: 80 - 85C

Apertura completa: 90C



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Radiador: Intercambiador agua-aire ambiente. A bajas velocidades: electroventilador.

REFRIGERACIN POR AIRE El calor transmitido a las paredes se refrigera con el aire por medio de un aleteado en la superficie externa del motor.

En motores estacionarios y de automocin se necesita:

Soplante

Carcasa envolvente

Elemento de regulacin del caudal de aire.



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COMPARACIN ENTRE LA REFRIGERACIN POR AIRE FRENTE A LA DE POR LQUIDO

VENTAJAS

Menor nmero de averas.

Ms autnomo.

Menor inercia trmica.

Menos sensible a variaciones de la temperatura exterior.

INCONVENIENTES

Temperaturas de funcionamiento ms elevadas: v, NOx, problemas de autoencendido.

Problemas trmicos: juegos en fro.

Tamao del motor mayor.

Potencia de accionamiento de la soplante elevada.

Ms ruidos por:

Mayores juegos para compensar dilataciones.

Construccin menos rgida (cilindros independientes).

Soplante.

Aletas.

Suciedad en aletas: menor refrigeracin y peligro de incendio.



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Qres

Q Q

Q

Q

Q

BALANCE TRMICO DE UN MOTOR:

Q t Q N Q r Q g Q res Q a Q ra

Q t: Calor equivalente introducido en el motor debido al combustible suministrado por unidad de tiempo ( m f Hc ).

a ra

res

Q n: Calor equivalente a la potencia g efectiva obtenida del motor.

Q r: Calor transmitido al refrigerante.

Q g: Calor equivalente al estado trmico perdido en los gases de escape. r

Q res: Calor equivalente que corresponde a la combustin incompleta (residuales).

Q a: Calor transmitido al aceite.

Q ra: Calor transmitido por radiacin al Q

N

ambiente.

Q pm:Calor equivalente a las prdidas mecnicas.

Qt=100%

Qr

30%

Qa

Qn=40%

Qpm Qra

Qg 30%

Qres



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LUBRICACIN Y PERDIDAS MECNICAS

IMPORTANCIA DE LAS PRDIDAS MECNICAS

Las necesidades derivadas de disminuir las emisiones de CO2 (efecto invernadero) y el precio de los combustibles fsiles han trado consigo el

desarrollo de una importante lnea de investigacin: e gef.

i

e i m e

m

La disminucin del consumo se puede llevar a cabo:

i mejorando aspectos termodinmicos del ciclo.

m disminuyendo las prdidas mecnicas.

TIPOS DE PRDIDAS MECNICAS

Por friccin o rozamiento: Debidas al rozamiento entre partes mviles

(denotadas por R). pmpmR f (CP L CG pmi + CI Cm 2 )

Por bombeo: Ocasionadas por el proceso de renovacin de la carga en motores de 4T (denotadas por B).

De accionamiento de auxiliares: Son las prdidas asociadas al movimiento de aquellos dispositivos arrastrados por el motor: Alternador, bombas, direccin asistida, etc. (denotadas por A).

LA LUBRICACIN EN LOS MCIA (requerimientos)

CONJUNTO DESPLAZAMIENTO TEMPERATURA PRESIN VELOCIDAD RELATIVA

Pistn-camisa alternativo alta moderada alta

Pistn-biela oscilante moderada muy alta baja

Biela-cigeal rotativo baja alta alta

Cigeal-bloque rotativo baja alta alta

Levas-empujadores rotativo baja muy alta baja

Vlvula de escape alternativo muy alta baja moderada

El sistema de lubricacin, debe de engrasar las distintas partes del motor y hacer frente a las distintas exigencias que se presentan en cada una de las partes e incluso refrigerar cuando sea necesario.



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TIPOS DE LUBRICACIN:

Por barboteo: Mediante cucharillas y anillos se proyecta aceite del carter hacia aquellas superficies que se quieren lubricar.

A aceite perdido: Utilizada en motores pequeos de 2T, la mezcla arrastra en suspensin aceite. Presenta problemas por contaminacin.

A presin: Es el sistema ms utilizado, ya que cubre las exigentes necesidades de lubricacin en los motores actuales.

LUBRICACIN A PRESIN

En el circuito de engrase se pueden distinguir 4 partes fundamentales:

Bomba: Suministra la presin al aceite.

Conductos de engrase: Por ellos circula el aceite.

Filtro: Elimina las impurezas del aceite.

Refrigerador: Mantiene la T del aceite dentro de unos lmites.

rbol de balancines

rbol de levas

Filtro en

serie

Filtro en paralelo

Manmetro

M

Vlvula de descarga

del filtro

Bomba

B

Cigeal Vlvula de retencin

Taladros en el

cigeal

Vlvula de descarga

del circuito



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BOMBA: Son bombas volumtricas habitualmente de engranajes, a la salida de la bomba se coloca una vlvula de descarga para evitar sobrepresiones con el aceite frio o a regmenes elevados.

La bomba de engranajes posee un gasto msico (m bomba ) proporcional a las

revoluciones con que gira (nb): m bomba K nb

FILTRO: Puede estar dispuesto en el circuito de las siguientes formas:

En serie con el circuito:

- El filtro es atravesado por todo el aceite. - Introduce prdidas de carga muy grandes al colmatarse.

En paralelo con el circuito:

- El filtro no es atravesado por todo el aceite.

- Introduce pocas prdidas de carga.

En serie con el circuito y en paralelo con una vlvula de descarga: recoge las ventajas de las dos disposiciones anteriores.

REFRIGERADOR: Se suele colocar en paralelo entrando en funcionamiento mediante una vlvula termosttica cuando la T del aceite es alta.



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P Potencia absorbida despues de que acte

Nb la vlvula de descarga

Potencia absorbida antes de que acte la vlvula de descarga

Caida de presin

en el circuito Nb

P

Presin mxima en el circuito

Gasto de aceite

ACEITE FRO ACEITE CALIENTE

Caudal que circula por la vlvula de descarga

Caudal que circula por el motor

nb



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e

e

e

e e e e

PROCEDIMIENTOS PARA DETERMINAR LAS PRDIDAS MECNICAS

Se busca fundamentalmente la dependencia de pmpm con Cm.

1.- Mtodo del diagrama indicador

Diagrama indicador pmi

pmpm = pmi - pme Par resistente pme

Tambin del diagrama indicador se puede obtener la pmpmB, y desconectando sucesivamente los auxiliares se puede obtener la pmpmA. As es posible determinar las prdidas por rozamiento:

pmpmR pmi pme pmpmB pmpmA

Mtodo exacto.

Permite desglosar los componentes de las prdidas.

Necesidad de instrumentacin para recoger el diagrama indicador.

2.- Mtodo Morse

Estando el motor en funcionamiento, se desconecta la combustin en uno de los cilindros midindose la potencia en banco motor. Esta operacin se repite para cada uno de los cilindros:

Sin combustin en el cilindro 1: NI

Sin combustin en el cilindro 2: NII

III

Ne1

Ne2 Ne3 Ne4 Npm1

Ne3 Ne4 Npm2

Sin combustin en el cilindro 3: Ne

Sin combustin en el cilindro 4: NIV

Ne1 Ne2

Ne1 Ne2 Ne3

Ne4 Npm3

Npm4

Sumando resulta: NI NII NIII NIV 3Ne Npm

Mtodo sencillo.

No se considera la influencia de la presin de los gases.



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3.- Recta de Willans

Se basa en la hiptesis de que gif o lo que es igual i es constante cuando se mantiene el rgimen de giro:

gif m f

i m f HC

1 i HC

cte con

n = cte

As:

m f

cte Ni

2 = cte pmi VD

n

= cte

pmi = cte

pme + pmpm

Si se representa grficamente el gasto de combustible frente a la pme utilizando como parmetro el rgimen de giro, es posible determinar las prdidas mecnicas asociadas a cada rgimen:

m f (kg/h)

16

14

12

10

8

6

4

2

2500 rpm

2000 rpm

1500 rpm

1000 rpm

pmpm (bar) 3 2 1 0 2 4 6 8 10 pme (bar)

Mtodo muy laborioso.

La hiptesis de mantenimiento del rendimiento indicado a rgimen fijo no es buena:

- En MEP las variacin de las prdidas de bombeo con el

grado de carga es importante poco preciso en MEP.

- En MEC la hiptesis slo deja de cumplirse a grados de carga altos por el aumento del dosado.



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4.- Mtodo de arrastre

Tras hacer funcionar el motor, ste es arrastrado sin combustin por una dinamo-freno. El par que la dinamo-freno da al motor es el par de prdidas mecnicas

Normalmente es posible determinar las prdidas ocasionadas por cada elemento auxiliar de manera sencilla.

No se considera la influencia de la presin de los gases.

5.- Mtodo de deceleracin libre

Se estabiliza al motor en aquel rgimen por debajo del cual se quieran conocer las prdidas y tras esto se corta el suministro de combustible o el encendido, frenndose el motor nicamente por las prdidas mecnicas. Si

se registra la deceleracin angular durante el periodo de frenado, y se conoce el momento de inercia del conjunto I, es posible determinar el par de prdidas mecnicas y la presin media de prdidas mecnicas para cada rgimen aplicando la siguiente ecuacin:

Tpm I

pmpm = 2

I i VD

Cuando no se conoce el momento de inercia del conjunto es posible utilizar un volante postizo de momento de inercia conocido IC y repetir el ensayo aadiendo esta inercia, obtenindose el par y el momento de inercia:

Tpm I I, Tpm

Tpm (I IC )

Sencillo y rpido.

Se obtienen con un slo ensayo las prdidas para el rango de regmenes por el que pasa el motor mientras se va frenando.

Es necesario un dispositivo de adquisicin rpida.

No tiene mucha precisin y es necesario conocer el momento de inercia del motor.


Combustin

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COMBUSTIN EN MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA ALTERNATIVOS

INTRODUCCIN

DESCRIPCIN DE LA COMBUSTIN EN MEP

PARMETROS CARACTERSTICOS DE LA COMBUSTIN EN MEP

COMBUSTIN NORMAL Y ANORMAL EN MEP

VELOCIDADES DE COMBUSTIN

DIAGRAMAS DE PRESIN EN CMARA Y CALOR LIBERADO

AUTOINFLAMCIN, AUTOENCENDIDO Y TIPOS DE COMBUSTIN

ANORMAL

GEOMETRAS DE CMARAS DE COMBUSTIN EN MEP

DISPERSIN CICLICA

DESCRIPCIN DE LA COMBUSTIN EN MEC

PARMETROS CARACTERSTICOS DE LA COMBUSTIN EN MEC

FASES DE LA COMBUSTIN EN MEC

CAMARAS DE COMBUSTIN EN MEC

COMPARACIN MEC-MEP


Combustin

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COMBUSTIN EN MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA ALTERNATIVOS

Proceso de oxidacin del combustible por el aire, que provoca la conversin de la energa qumica que posee el combustible en energa trmica. Este proceso tiene lugar dentro del cilindro, suponiendo un incremento de presin que permite extraer energa mecnica mediante el movimiento del pistn.

Motor de encendido provocado (MEP)

Habitualmente formacin de la mezcla fuera del cilindro.

La combustin se inicia por una causa externa, habitualmente el salto de una chispa.

La combustin se realiza sobre una mezcla

de aire y combustible homognea.

La relacin aire-combustible utilizada est en el entorno de la estequiomtrica.

Motor de encendido por compresin (MEC)

El motor admite aire sin combustible inyectndose combustible (chorro) al final de la carrera de compresin.

La mezcla se autoinflama como

consecuencia de la propia compresin.

La combustin se desarrolla sobre una mezcla heterognea.

Siempre trabajan con mezclas con exceso de aire.


Combustin

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DESCRIPCIN DE LA COMBUSTIN EN MEP

En MEP se habla de combustin homognea o premezclada ya que la mezcla que se encuentra en el cilindro es homognea: posee en cualquier punto el mismo dosado. El sistema de formacin de la mezcla se encuentra fuera de la cmara de combustin.

En MEP la combustin normal tiene lugar en el frente de llama que es la superficie que separa la zona fresca de la zona quemada.

Frente de llama

Mezcla Quemada

P T

Mezcla Fresca


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PARMETROS CARACTERSTICOS DE LA COMBUSTIN EN MEP

Son parmetros caractersticos:

Tiempo de combustin (tC): Es el tiempo que tarda el frente de llama en

recorrer la cmara de combustin. A este tiempo se le puede asociar un intervalo angular llamado ngulo de combustin C():

c 360 n tC

Gradiente de presin (dP/d o dP/dt): Expresa la velocidad con que cambia la presin a lo largo del ciclo (bar/ bar/s).

Presin mxima de combustin (Pmax): Es el mximo valor de la presin dentro de la cmara de combustin a lo largo del ciclo (bar).

El proceso de combustin supone un desarrollo de presin por en cima del desarrollo de presin asociado al motor arrastrado (sin combustin).

Pmax

Con comb.

c

Sin comb.


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COMBUSTIN NORMAL Y ANORMAL EN MEP

La combustin en MEP puede ser:

Combustin por avance del frente de llama: La zona quemada

trasmite calor al frente de llama, entonces la mezcla que integra el frente se inflama, pasando a engrosar la zona quemada, provocando que avance el frente de manera suave y comprimiendo la mezcla fresca.

Frente de llama Tq

T

Tsq

Zona 1: Umbral elevacin

de temperatura.

Zona 2: Calentamiento.

Zona 3: Combustin. TC Zona 4: Prerreaciones.

4

1 2 3

x

La presin es la misma para las dos zonas

t C

Combustin por autoinflamacin: La combustin se origina como consecuencia del alto estado trmico (P, T) que adquiere la zona fresca. Es una combustin brusca y rpida. Si la masa de mezcla autoinflamada es grande la autoinflamacin es muy perjudicial para el motor hablndose de combustin detonante o picado de bielas.


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VELOCIDADES DEL FRENTE, DE COMBUSTIN Y DE ARRASTRE

Velocidad del frente (CF): Es la velocidad con que el frente de llama barre la cmara de combustin (velocidad absoluta).

Velocidad de expansin (CA): Es la parte de la velocidad del frente que es

consecuencia de la expansin de la zona quemada contra la zona fresca (velocidad de arrastre).

Velocidad de combustin (CC): Es la parte de la velocidad del frente que es

consecuencia del trasvase de masa desde la zona fresca a la zona quemada fruto de la combustin (velocidad relativa).

CF CC CA

Mezcla

Quemada

CF

Mezcla

Fresca

Mezcla

Quemada

Cc Combustin

Mezcla

Fresca

Mezcla

Quemada

T

CA

Expansin

P

Mezcla

Fresca

FRENTE COMBUSTIN EXPANSIN


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VELOCIDAD DE COMBUSTIN LAMINAR

LLAMA LAMINAR LLAMA TURBULENTA

La velocidad de combustin laminar (CCL) es aquella con la que progresa el frente en ausencia de turbulencia.

CCL depende de:

Temperatura de combustin TC (mucho)

Presin (poco)

Composicin de la mezcla

Los factores que afectan a CCL son los que afectan a TC:

Residuales TC CCL

Humedad

TC CCL

Dosado es el factor que ms influye. Se define un dosado relativo de

mxima temperatura (FrTmax), ste es ligeramente rico (1.05) siendo el

dosado para el cual la velocidad de combustin laminar es mxima:

Si Fr < FrTmax

Fr

TC CCL

Si Fr > FrTmax Fr TC CCL


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CT CL

VELOCIDAD DE COMBUSTIN TURBULENTA La turbulencia es el parmetro que ms afecta al proceso de combustin,

dando lugar a un incremento del ritmo de propagacin del frente de llama. A la velocidad de combustin en rgimen turbulento se le denomina velocidad de combustin turbulenta (CCT).

Se define el FSR (flame speed ratio):

FSR CCT

1 C = FSR C CCL

Los factores que afectan a la velocidad de combustin turbulenta son aquellos que afectan a la velocidad de combustin laminar y al grado de turbulencia.

CC L CCT

FSR


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DIAGRAMAS DE PRESIN EN CMARA Y CALOR LIBERADO

Se pueden distinguir tres fases en la combustin:

1FASE (C1): Corresponde con el tiempo desde que salta la chispa

hasta que se separan los desarrollos de presiones con y sin combustin. Ocupa aproximadamente 15% del ngulo de combustin.

2FASE (C2): Ocupa aproximadamente un 80% del ngulo total de

combustin, siendo una combustin muy rpida y turbulenta.

3FASE (C3): La combustin se hace ms lenta y concluye.

Con Combustin

Sin Combustin

(motor arrastrado)

C1 C2 C3


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AUTOINFLAMACIN EN MEP

Combustin por autoinflamacin La mezcla fresca se inflama por s misma por estar sometida a altas presiones y temperaturas que son ocasionadas como consecuencia de la compresin sufrida por la mezcla fresca. Es una combustin rpida y brusca ("descontrolada").

Habitualmente, la combustin por autoinflamacin en MEP se ve precedida por la combustin normal, ya que al avanzar el frente de llama como consecuencia de la combustin normal se produce la compresin de la zona fresca. Se podra hablar as de un % de combustin normal y un % de combustin por autoinflamacin.

+

q sq

P

T

q

P q

T

La combustin por autoinflamacin es casi instantnea, mucho ms rpida que la combustin normal, provocando elevados gradientes de presin, con aparicin de ondas de presin a menudo audibles, hablndose entonces de detonacin o picado de bielas.


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Detonacin

Fraccin de Mezcla

Quemada por Autoinflamacin

La detonacin es un fenmeno muy peligroso, ya que las vibraciones

inducen mayor transmisin de calor a travs de las paredes, pudiendo destruir el motor si el fenmeno es intenso y se mantiene de manera prolongada.


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Para que la mezcla se autoinflame es necesario que se den una serie de prerreacciones qumicas. Estos fenmenos requieren un tiempo que se denomina tiempo de retraso o induccin, ste es menor cuanto mayores son la presin y la temperatura. Transcurrido el tiempo de retraso si la combustin normal no ha concluido se producir la autoinflamacin.

La intensidad de la detonacin est muy ligada a la masa de mezcla que sufre la autoinflamacin. Esta viene caracterizada fundamentalmente por el % de mezcla que se autoinflama y por el grado de carga del motor.

La detonacin es un fenmeno que limita las prestaciones del motor: obliga a veces a mantener avances a la combustin menores a los que dan la mxima potencia en unas condiciones de funcionamiento dadas.

CU20 LAB8

Elegido Elegido

Lmite Detonacin Lmite Detonacin

En la geometra CU20 no se puede tener el avance

ptimo por detonacin. En la geometra LAB8 se permite el avance ptimo.

Los motores actuales llevan acelermetros que en caso de detectar detonacin informan al sistema de ignicin para disminuir el avance al encendido, preservndose as la vida del motor.


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ENCENDIDO SUPERFICIAL

Se ocasiona por la aparicin, en determinadas situaciones, de puntos calientes que son fuentes de encendido, generando frentes de llama en cualquier instante del ciclo.

Puntos calientes:

- Electrodo central de la buja.

- Depsitos.

- Zonas mal refrigeradas.

Tipos de encendido superficial:

- Anterior al encendido normal Preencendido.

- Posterior al encendido normal Post-encendido.

Post-encendido Mayores gradientes de presiones.

Preencendido Avance Tendencia a detonar

El preencendido con detonacin es muy peligroso ya que la detonacin realimenta el efecto de incremento del avance, pudindose llegar a detonaciones de efectos destructivos (wild ping).

El preencendido sin detonacin no es tan peligroso aunque supone marcha dura (rumble).


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TIPOS DE COMBUSTIN ANORMAL EN MEP

COMBUSTIN ANORMAL

AUTOINFLAMACIN ENCENDIDO SUPERFICIAL

DETONACIN (KNOCK)

PREENCENDIDO POSTENCENDIDO


CON DETONACIN


SIN DETONACIN

AUTOINFLAMACIN PERSISTENTE (RUN ON)

El motor contina girando con el encendido

cortado

ENCENDIDO SUPERFICIAL CRECIENTE

Aparece cada vez antes en el ciclo, lo que

puede llevar a la destruccin del motor.

PICADO INTENSO (WILD PING)

Detonacin como consecuencia

del encendido superficial.

MARCHA DURA (RUMBLE)

Ruido sordo distinto al de la

detonacin provocado por

frentes de llama mltiples.


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FM

Q

Pre

si

n (

ba

r)

PARTICULARIDAD EN MEDIDA DE PRESIN EN MEP: DISPERSIN CCLICA

En MEP, los ciclos de presin medidos consecutivamente y manteniendo las condiciones de funcionamiento presentan una importante variabilidad que es denominada dispersin cclica o aciclismo.

70

60

50

40

30

20

10

0

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

ngulo de cigeal ()

Existe por lo tanto una variabilidad en el desarrollo del proceso de combustin de ciclo en ciclo.

1.1

1

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

-0.1

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

ngulo de cigeal ()


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EFECTOS:

La dispersin cclica provoca que de ciclo en ciclo varen apreciablemente aspectos tales como:

Emisiones contaminantes del motor

Prestaciones del motor

Tendencia a la autoinflamacin.

Los factores relacionados con la aparicin de la dispersin cclica pueden dividirse en:

CAUSAS:

Variacin cclica en el estado turbulento (escala e intensidad) en el momento

de salto de la chispa.

Variacin cclica en la conveccin de la llama (interaccin con la pared)

Variacin cclica en el dosado suministrado al motor (poco significativa).

Variacin cclica en la carga en el cilindro (poco significativa).

Variacin cclica en la fraccin de residuales (poco significativa). Variacin cclica en las caractersticas de la chispa (motores mal

mantenidos).

FACTORES MAGNIFICADORES

Dosado de la mezcla (mnima dispersin cercana de dosados

estequiomtricos). Velocidad de combustin laminar del combustible.

Escala de la turbulencia al salto de la chispa.

Forma del electrodo y de la cmara de combustin.


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GEOMETRAS TIPO DE CMARAS DE COMBUSTIN EN MEP

Geometra cua

Fraccin ltima en quemarse muy refrigerada.

Distribucin sencilla.

Pequeo tamao de las vlvulas.

Geometra hemiesfrica

Vlvulas grandes.

Pequeo recorrido del frente de llama (compacta).

Ms difcil distribucin.

Geometra labrada

Elevada turbulencia.

Culata sencilla.

Mucha transferencia de calor al pistn.

CUA HEMIESFRICA LABRADA


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COMBUSTIN EN MEC

El combustible es inyectado en el interior de la cmara de combustin al final de la carrera de compresin.

Tan pronto como se inyecta el combustible, se forman las primeras gotas que se evaporan y mezclan con el aire, y debido a las altas P y T empiezan las prerreacciones qumicas que van a dar lugar despus de un cierto tiempo (llamado tiempo de retraso) a la aparicin de llama por autoinflamacin.

La localizacin del punto donde se inicia la combustin es aleatoria, no dependiendo la inflamacin de la mezcla de un aporte exterior de calor como ocurra en MEP (encendido provocado), sino que se trata de un fenmeno de autoinflamacin que es consecuencia del elevado estado trmico (P,T) que existe en la cmara en las cercanas del PMS (encendido por compresin).

El desarrollo de la combustin en MEC depende fundamentalmente de las condiciones locales de dosado y temperatura de cada punto de la cmara de combustin.


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La llama suele aparecer cuando la distribucin del aire y combustible no es todava homognea, por lo que coexisten los procesos de formacin de la mezcla y de combustin. La duracin de la combustin es mayor en MEC que en MEP.

El proceso de combustin est ntimamente ligado a la distribucin del combustible en el aire, por lo que es necesario:

Buenas caractersticas del sistema de inyeccin.

Elevada turbulencia en la cmara de combustin.

El diseo de la cmara de combustin en MEC tiene una gran importancia, ya que adems de favorecer la correcta combustin, tiene tambin la misin de propiciar la formacin de una mezcla adecuada. Se distinguen dos tipos fundamentales de cmaras:

Cmara abierta (inyeccin directa). El papel principal en la

distribucin de combustible lo juega el sistema de inyeccin.

Cmara dividida (inyeccin indirecta). El papel principal lo juega la turbulencia obtenida con geometras complejas de la cmara de combustin.

Las relaciones de compresin tienen valores entre 12 y 23. Tienen que ser mayores que un cierto valor para garantizar el arranque en fro.


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PARMETROS CARACTERSTICOS DE LA COMBUSTIN EN MEC

motores de combustion interna

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