Motores de Combustion Interna

 

Motores de Combustión Interna (Ingeniería Mecánica - UNJBG)

Aveino Aveino !ari !"

CAP 3 .- TEORIA DE COMBUSTION Y COMBUSTIBLES Definición de Combu!ión.- !roceso de o"id#ción de$ combu!ib$e %o& e$ #i&e# $ue %rovoca %rovoca a conver conversi sión ón de a ene& ene&'(# '(# )u(mic )u(mic# # $u $uee %osee %osee e co comb mbus usti tibe be en ene&'( ene&'(# # !*&mic# !*&mic#" &ste  %roceso tiene ugar dentro de ci$ind&o# su%oniendo un incremento de %resión $ue %ermite e'traer ene&'(# mec+nic# mediante e movimiento de %istón T#b$# 3., ierencias de %roceso de combustión en M&! * M&C

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MEP +abituamente ormación de a me,ca uera de ciindro" a combustión se inicia %or una causa e'terna# .abituamente e sato de una c.is%a" a combustión se reai,a sobre una me,ca de aire * combustibe .omog/nea" a reación aire-combustibe

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utii,ada está en e entorno de a este$uiom/trica"

MEC & motor admite aire sin combustibe In*ectándos In*ec tándosee combustib combustibee (c.orro) (c.orro) a ina de a carrera de com%resión" c om%resión" a me,ca se auto inama como consecuencia de a %ro%ia com%resión" a com combus bustió tión n se desarr desarro oaa sobre sobre una me,ca .eterog/nea" 0iem%r 0ie m%ree traba1 traba1an an con me,ca me,cass con

e'ceso de aire"

  MEC MEP

3., DESCRIPCION DE LA COMBUSTION EN MEP MEP

0e dice $ue a combustión es .omog/nea * %reme,cada * como a ormación de a me,ca se da uera de a cámara# cámara# e dosado es en cua$uier %unto e mismo" &n medi medio o de a co comb mbus usti tión ón se dist distin ingu guen en do doss ,o ,ona nas2 s2 3ona 3ona 4r 4res esca ca * 3ona 3ona 5uem 5uemad ada# a# inde%endientemente de a %osición de a bu1ía"

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i'u&# 3., !roceso de combustión en M&! 3..- PARAMETROS CARACTERISTICOS DE LA COMBUSTION

os %arámetros característicos se visuai,an en a 6aba 7"8 T#b$# 3. !arámetros característicos de a combustión co mbustión

9

!arámetro 6iem%o em%o de de com combu busstión ión

&'%resión t C  C 

 

8

Gradi adiente ente de %res %resiión

7

!resión má'ima combustión

dP/dα o dP/dt 

de

 Pmax

escri%ción &s e tiem%o $ue tarda e rente de ama en recorrer  a cámara de combustión" A este tiem%o se e %uede asocia aso ciarr un inter interva vao o ang angua uarr a amad mado o +n' +n'u$o u$o de combu!ión /C(:)2 &'%resa a veocidad con $ue cambia a %resión a o argo de cico (bar;: ó bar;s)" &s e má'imo vaor de a %resión dentro de a cámara de combustión a o argo de cico (bar)"

& %roceso de combustión su%one un desarroo de %resión %or encima de desarroo de %resión asociado a motor arrastrado (sin combustión)"

 

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i'u&# 3.  Nive de %resiones en un estado con * sin combustión

 

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&n e %roceso de combustión se %uede distinguir tres ases (4igura 7"7)

i'u&# 3.3  4ases de a combustión combustión

,0 ASE 1 Pe&iodo de &e!&#o "

&sta ase se e'tiende desde e inicio de a in*ección .asta $ue se %roduce a auto inamación# observ obs ervándo ándose se entonce entoncess %roces %rocesos os de atomi atomi,aci ,ación# ón# va%ori va%ori,aci ,ación ón * %rerea %rereacci ccione oness %revia %revias# s# diviediendo este %eriodo en2 !re%aracion de a me,ca * Hetraso $uimico# ta como se muestra en a 4igura 7"97

i'u&# 3.,3 !rimera 4ase2 6iem%o de retraso #2 #c!o&e #c!o&e )ue #fec!#n #fec!#n $# %&e%#&#c %&e%#&#ción ión de $# me?c$# me?c$#

-

Cara Caract cter erís ísti tica cass de de c. c.or orro ro

-

!ro% !ro%ie ieda dade dess de de co comb mbus usti tib bee

-

!r !res esió ión n * te tem% m%er erat atur uraa en e ci cii indr ndro# o# t r r  =  = f(P,T)

-

Movi Movimi mient ento od de e ai aire re en e ci cii ind ndro ro

b2 #c!o&e #c!o&e )ue #fec!#n #fec!#n e$ &e!&#o &e!&#o )u(mic )u(mico o

-

Com%os Com%osici ición ón d de e combus combusti tibe be (ongi (ongitud tud de a a caden cadena) a)

-

6em%e 6em%erat ratura ura * %resió %resión n dentro dentro de cii ciindr ndro o (sobre (sobre todo todo a tem%e tem%erat ratura) ura)

4inamente# se %uede agregar $ue e retraso se %uede disminuir .aciendo c.ocar e c.orro en su%ericies caientes# con o $ue disminu*e e retraso ísico * $uímico"

3.9..3.9. .- 0 ASE> Combu Combu! !ió ión n &+ &+%i %id# d# o %&em %&eme? e?c$ c$#d #d# # " ur uran ante te es esta ta a ase se se $uem $uemaa rá%idamente e combustibe in*ectado durante e tiem%o de retraso# $ue .a tenido tiem%o de me,carse" os %arámetros $ue caracteri,an esta ase son2

a) a eev eevada ada v veo eocid cidad ad de combus combustió tión n  b) & gran aumento de a %resión# igado con e tiem%o de retraso" !or eo en a 6aba 7"E se visuai,a as consecuencias de sus variaciones" 12

 

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T#b$# 3.6 ariación de %arámetros @#&i#ción de %#&+me!&o Menor tiem%o de Hetraso# Kt  K t r r L

Ma*or tiem%o de Hetraso# Kt  K t r r L A aum aumenta entarr aa com combu busstión tión %rem %reme, e,c cad adaa

Conecuenci# a combustión es suave Ma*or combustibe eva%orado * me,cado * ma*or combustibe in*ectado# %or o tanto a

marc.a se torna dura Aum Aumenta enta a a %res %resiión# ón# %or %or o ta tant nto o ma* ma*or rui ruido do * ma*ores emisiones de N='

os actores $ue inu*en en esta ase se visuai,an en a 6aba 7"E N8 9

ACTOR 6i%o de cámara

DETALLE Abierta o ividida" & tr suee ser menor en cámara dividida %or o $ue a marc.a es menos dura Combustibe in*ectado durante e 6iem%o de retraso# t r r  retraso Combustibe gasiicado dur duraante e 4inura de as got otaas# 6urbue uencia o%tima# retraso  %ro%iedades ísicas de combustibe &ncue ncuent ntrro Com Combu bust stib ibe e - ='i ='ige geno no !ene !enettra raci ción ón de de c.o c.orr rro o # tu turrbu buen enci ciaa

8 7 

3.9.3.-  30 ASE> Combu!ión %o& difuión " 0e $uema e combustibe $ue no ue $uemado durante a 8 ase * e in*ectado con %osterioridad a medida $ue se va me,cando" 0u duración es desde e %unto de %resión má'ima .asta donde acaba a combustión"

Características de a ase •

&n esta ase se $uema todo a$ue combustibe no $uemado en a 8da ase * a$ue $ue se

•

in*ecta con %osterioridad a a concusión de a 8da ase# si a in*ección no .a terminado" &n motores grandes $ue giran a ba1o r/gimen (< r OO m;s c) & eecto eecto de a turbuencia turbuencia (movimi (movimiento ento de aire aire a ata veocidad) veocidad) me1ora me1ora e me,cado me,cado * consecuentemente reduce e tiem%o de retraso# %ero %resenta e %robema de grietas t/rmicas en a cabe,a de %istón" a casiicación de as cámaras con turbuencia se muestra en a 4igura 7"9E

i'u&# 3.,6 Casiicación de cámaras abiertas con turbuencia

3.:.3 CAMARA DI@IDIDA o de TIPO INYECCION INDIRECTA INDIRECTA

!resenta as siguientes características2 #2 Constructivamente a cámara está dividida en dos com%artimientos2 &s%acio muerto * !recamara# donde e'iste dierencia de %resiones considerabes"

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b2 4ormación 4ormación de a me,ca encomendada a a turbuencia turbuencia ocasionada %or e uid uido o cuando atraviesa e estrec.amiento $ue une os dos com%artimientos" c2 0istema de in*ección sin eevadas e'igencias" !or o $ue e in*ector es de oriicio Pnico ubicado en a %re cámara" d2 ado $ue en gran %arte a 8da ase de a combustión se reai,a en a %re cámara# as  %resiones * os gradientes %ueden ser más eevados en esta# no aectando a a vida de

motor# es%eciamente a %istón" e2 a %re cámara desemboca tangenciamente en e ciindro# siendo e voumen de esta a menos un >? de voumen tota de a cámara de combustión" f2 Una %arte de a %re cámara es de acero es%ecia %osti,o# %oco rerigerado * situado en ,ona caiente# %ara uncionar como %ared caiente" '2 a veocidad de aire entre os dos com%artimientos ega a ser de orden de > m;s# o $ue su%one una %/rdida de un >? de a %otencia de motor" a casiicación de cámaras divididas se muestra en a 4igura 7"9F"

i'u&# 3.,7 Casiicación de cámaras abiertas con turbuencia

3.,= CUADRO COMPARATI@O DE LA COMBUSTION COMBUST ION EN MEP Y MEC

Com%arando e diagrama de %resiones (4igura 7"9@) de un M&C con e de un M&!# se observan as siguientes dierencias2 #2 as %&eione m+"im# de combustión son m#4o&e en os M&C b2 & '&#dien '&#dien!e !e de %&eión %&eión  es m# m#4o 4o&& en os os M&C# M&C# o $u $uee e ess da %a %art rtee de de ru ruid ido o característico $ue os dierencian de os M&!" c2 & +n'u$o de ##nce a a in*ección es meno& $ue e avance a encendido" d2 & +n'u$o de combu!ión en M&C es m#4o& como consecuencia de $ue e %roceso de combustión se %roonga durante %arte im%ortante de a carrera de e'%ansión" 16

 

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i'u&# 3.,9 iagrama de %resiones de un M&! * un M&C"

3.,, SEMINARIO DE COMBUSTIBLES COMBUSTIBLES

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