Importancia de La Transferencia de Calor

IMPORTANCIA DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR La temperatura máxima de los gases quemados al interior del cilindro de un MCIA es del orden de los 2500K  Las temperaturas máximas que resisten los metales que se emplean para fabrica fabricarr los motore motores s son mucho más bajas, bajas, por esta esta razón razón es necesa necesario rio refrigerar culata, cilindro y pistón. Todas estas condiciones llevan a que los flujos de calor a las paredes de la cámara alcancen valores de hasta 10MW / m durante el período de combustión. Sin embargo, en otras partes del ciclo, el flujo de calor llega a ser prácticamente cero. El flujo varía sustancialmente con la ubicación; aquellas regiones de la cámara que están en contacto con el movimiento rápido de los gases quemados a elevada temperatura son las que están sometidas a los flujos más altos. En estas regiones, se deben mantener las temperaturas lo suficientemente bajas para lograr evitarla fatiga térmica (inferiores a 400C para fundiciones grises y de 300C para aleaciones de aluminio). Las paredes del cilindro del lado del gas, deberán mantenerse a una temperatura inferior a 180C para evitar el deterioro de la película de aceite de lubricación. La bujía y las válvulas, especialmente la de escape, tienen que refrigerarse para evitar problemas de detonación del gas final (end gas) y de pre – encendido. La transferencia de calor afecta el funcionamiento, funci onamiento, el rendimiento y las emisiones del motor. Para una masa de combustible dada dentro del cilindro, se cumple que a mayor transferencia de calor hacia las paredes de la cámara, serán más bajas las presiones y temperaturas medias de los gases de combustión, lo que reduce el trabajo por ciclo transmitido al pistón.

TASA DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN EL CILINDRO La transferencia de calor dentro del cilindro es un fenómeno tan desconocido y difíci difícill de pred predec ecir, ir, quizá quizás s como como el mism mismo o proc proces eso o de comb combus usti tión ón,, no obstante, a pesar de su importancia, los errores en su modelado no son tan significativos como en el segundo caso [4]. El calor se transfiere desde el gas hast hasta a las pare parede des s inter interio iore res s del del cilind cilindro ro por por conv convec ecció ción n forz forzad ada a y por radiación de las partículas luminosas de carbón y de d e los gases. Una vez en las paredes del cilindro, el calor se transfiere por conducción a través de éstas hast hasta a el refr refrig iger eran ante te (agu (agua a o aire aire)) medi medio o en el que que se tran transm smit ite e por por convección forzada

CONDUCCIÓN: Flujo de calor a través de medios sólidos por la vibración interna de las moléculas y de los electrones libres y por choques entre ellas. Las Las molé molécu cula las s y los elec electr tron ones es libre libres s de la frac fracció ción n de un siste sistema ma con con temper temperatu atura ra alta alta vibran vibran con más intensida intensidad d que las molécu moléculas las de otras otras regiones del mismo sitema o de otros sistemas en contacto con temperaturas más más baja bajas. s. Las Las moléc molécul ulas as con con una una velo velocid cidad ad más más alta alta choca chocan n con las moléculas menos excitadas y transfieren parte de su energía a las moléculas con menos energía en las regiones más frías del sistema. Las moléculas que absorben el excedente de energía también adquirirán una mayor velocidad

vibrato vibratoria ria y genera generarán rán más más calor calor (energ (energía ía potenci potencial al -absor -absorbe be calorcalor- energía cinética -emite calor).

Por ejemplo, la conducción de calor a través de la carrocería de un coche. Los metales son los mejores conductores térmicos; mientras que los materiales no metálicos son conductores térmicos imperfectos.

CONVECCIÓN: Es el flujo de calor mediante corrientes dentro de un fluido (líquido o gaseoso). La convección es el desplazamiento de masas de algún líquido o gas. Cuando una masa de un fluido se calienta al estar en contacto con una una supe superf rfici icie e calie calient nte, e, sus sus moléc molécul ulas as se sepa separa ran n y se dispe dispers rsan an,, causando que la masa del fluido llegue a ser menos densa. Cuando llega a ser menos denso se desplazará hacia arriba u horizontalmente hacia una región fría, mientras que las masas menos calientes, pero más densas, del fluido descenderán o se moverán en un sentido opuesto al del movimiento de la masa más caliente (el volumen de fluido menos caliente es desplazado por el volu volume men n más más calie calient nte) e).. Media Mediant nte e este este meca mecani nism smo o los volú volúme mene nes s más más calientes transfieren calor a los volúmenes menos calientes de ese fluido (un líquido o un gas).

Por ejemplo, cuando calentamos agua en una estufa, el volumen de agua en el fondo de la olla adquirirá el calor por conducción desde el metal de la olla y se hará menos denso. Entonces, al ser menos denso, se moverá hacia la superficie del agua y desplazará a la masa superior menos caliente y más densa hacia el fondo de la olla. RADIACIÓN:

Es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. No se requiere de un medio para su propagación. La energía irradiada se mueve a la velocidad de la luz. El calor irradiado por el Sol se puede intercambiar entre la superficie solar y la superficie de la Tierra sin calentar el espacio de transición.

Por Por ejem ejempl plo, o, si colo coloca camo mos s un obje objeto to (tal (tal como como un una a mone moneda da,, un coche, o a nosotros mismos) bajo los rayos del Sol directos; al poco tiempo notaremos que el objeto se calentará. El intercambio de calor entre el Sol y el objeto ocurrirá por medio de radiación.

TRIBOLOGIA Los factores que estudia la tribología son la fricción entre dos cuerpos en movimiento, el desgaste como efecto natural de la fricción y la lubricación como un medio medio para evitar evitar el desgaste. desgaste. Estos tres tres factores factores son términos términos usados continuamente en la industria, los cuales en la mayoría de los casos,

vemos de reojo, con escaso interés y cubrimos con apremio y sin ningún análisis. define ne como como la resi resist sten enci cia a al movi movimi mien ento to dura durant nte e el La fricció fricción n se defi deslizamiento o rodamiento que experimenta un cuerpo sólido al moverse sobre otro con el cual está en contacto y depende de las características de las superficies. Existen dos tipos principales de fricción: fricción estática y fricción dinámica. La fricción no es una propiedad del material, es una respuesta integral del sistema. Las dos leyes básicas de la fricción se han conocido desde hace un buen tiempo: tiempo: 1) la resistencia resistencia de fricción es proporcional proporcional a la carga y 2) la fricción es independiente del área de deslizamiento de las superficies.

El desgaste es el daño de la superficie por remoción de material de una o ambas superficies sólidas en movimiento relativo. Es un proceso en el cual las capas superficiales de un sólido se rompen o se desprenden de la superficie. Al igual igual que la fricc fricción ión,, el desg desgas aste te no es sola solame ment nte e una una propie propieda dad d del del material, es una respuesta integral del sistema. Es de esperarse que para aumentar la vida útil de un equipo se debe disminuir el desgaste al mínimo posible posible.. Existe Existen n distint distintos os tipos tipos de desgas desgaste, te, como como por ejempl ejemplo o adhesi adhesivo, vo, abrasivo, corrosivo, etc. Sin embargo, es común que varios de ellos se den cita cita en un mism mismo o even evento to.. El desli desliza zami mien ento to entre entre supe superf rfic icie ies s sólid sólidas as se cara caract cter eriza iza gene genera ralm lmen ente te por por un alto alto coef coefic icien iente te de fric fricció ción n y un gran gran desgaste debido a las propiedades específicas de las superficies.

La lubricación consiste en la introducción de una capa intermedia de un material ajeno entre las superficies en movimiento, cuya función es disminuir la fricción y el desgaste. El término lubricante es muy general, y puede estar en cualquier estado material: líquido, sólido, gaseoso e incluso y semisólido o pastoso. OPINION. El hombre necesita controlar la fricción para minimizar el desgaste y el consumo de energía. Aunque en acciones tan cotidianas como caminar, recoger un objeto, abrir un libro, frenar un vehículo o hacer que el tren pueda desp despla laza zars rse e sobre sobre los riele rieles s se requ requier iere e la exist existen enci cia a de una una fricc fricción ión controlada y en las cuales la carencia absoluta de ella impediría llevarlas a cabo cabo,, el obje objeti tiv vo de la trib tribol olog ogía ía es con control trolar arla la para para evit evita ar cos costos tos innecesarios. Toda acción de los seres vivos o de la naturaleza se puede considerar un proceso tribológico que puede ser positivo o negativo según que evite o reduzca al máximo la fricción o la ocasione. La fricción, naturaleza de los mate materi rial ales es,, rugo rugosid sidad ad,, desg desgas aste te,, lubr lubrica icació ción, n, ener energí gía a y medio medio ambien ambiente, te, son eleme elemento ntos s inhere inherente ntes s en mucha muchas s de las discipli disciplina nas s de la ingeniería, puede decirse, entonces que la Tribología debería ser objeto de estu estudi dio o de toda todas s las las inge ingeni nier ería ías. s. Por Por todo todo esto esto,, la apli aplica caci ción ón de los los conoci conocimi mien entos tos de la Tribo Tribolo logía gía deriv deriva a en: en: Ahor Ahorro ro de mate materia rias s prima primas, s, Aumento en la vida útil de las herramientas y la maquinaría, Ahorro de recursos naturales, Ahorro de energía, Protección al medio ambiente y Ahorro económico.