31085367 Motores de Combustion Interna

8/3/2019 31085367 Motores de Combustion Interna

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TEORA BSICA DE LOS MOTORES DECOMBUSTIN INTERNA

Luis Antonio Lastra Espinoza, Ph.DProfesor Principal de la Facultad de Ingeniera Mecnica de la Universidad

Nacional de Ingeniera

[email protected]

Lima, junio de 2006


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PROLOGO

En el presente libro se resumen los temas ms importantes que el autor imparte en el curso deMotores de Combustin Interna de la Facultad de Ingeniera Mecnica de la Universidad Nacionalde Ingeniera.

Los motores de combustin interna son mquinas trmicas que surgieron a mediados del sigloXIX y desde entonces se han constituido en una de las principales formas de transformacin de laenerga trmica en energa mecnica; su desarrollo ha permitido el desarrollo vertiginoso de otrasingenieras como la ingeniera del automvil, la ingeniera naval, la ingeniera aeronutica, la

energtica, etc.Se estima que del total de energa que se genera en el mundo, ms del 80% corresponde a losmotores de combustin interna, por lo que la mayor cantidad de petrleo que el mundo consumese gasta en el funcionamiento de millones de motores de combustin interna, instalados endiferentes tipos de consumidores de potencia.

Es importante sealar que el motor de combustin interna sigue siendo la mquina trmica mseficiente y su futuro est asegurado con el empleo de nuevos combustibles como el gas natural,

el hidrgeno, y otros llamados combustibles sintticos.


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CONTENIDO

Prologo

Breve historia de los motores de combustininterna

Campos de aplicacin y elementos declasificacin de los motoresMecanismo de biela-manivela

Orden de encendido y de trabajo de los

motoresCiclos termodinmicos de los motores decombustin interna

Combustibles y sus propiedades

Procesos de trabajo de los motores decombustin interna:Motor de encendido por chispaMotor Diesel de cuatro tiemposMotor de dos tiempos

Parmetros indicados y efectivos de losmotores

Potencia por litro y mtodo de

forzamiento de los motores

Sobrealimentacin de motores

Conceptos sobre caractersticas yregmenes explotacionles defuncionamiento de los MCI.Caractersticas de velocidadCaractersticas de carga

Sistemas de inyeccin DieselInyectorBomba de inyeccin lineal BoschRegulador de velocidadBombas de inyeccin rotativasInyectores bomba UIS y UPSSistema de inyeccin Common Rail


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BREVE HISTORIA DE LOS MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA

Mucho tiempo se ha discutido acerca de quien creel primer motor trmico. Cada invento tiene susautores, pero debemos tener en cuenta laexperiencia de una serie de descubrimientos ydesarrollos que antecedieron.

Sobre este hecho han habido inventosfundamentales, pero as como no se sabe quieninvent la rueda, tampoco se sabe quien invent elpistn.

En 1860 el ingeniero Belga E. Lenoir (1822-1900)construy el primer motor de combustin internaque funcion con gas de alumbrado.


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En 1866 los ingenieros alemanes E. Langen (1833-1895) y N. Otto (1832-1891) crearon un motor mseficiente a gas, y en 1876 N. Otto construy un

motor de cuatro tiempos que vino a ser el prototipodel llamado MCI con ciclo Otto (de encendido porchispa).

Motor Otto a gas

Motor Otto de dos

tiempos

Motor Otto de cuatrotiempos


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En 1891 el gran ingeniero aleman R. Diesel (1858-1913)construy un motor de combustin interna de encendidopor compresin. Muri en 1913 ahogado, pues

desapareci del buque que cubra el trayecto deAmberes a Inglaterra en el que viajaba. Se manejanvarias hiptesis sobre su muerte, la primera indica quecometi suicidio en vista de encontrarse en quiebra,aunque su familia crey que fue asesinado y sus ideasrobadas. Otra hiptesis indica que agentes alemanes loasesinaron para evitar la difusin de sus inventos, envista de que la guerra se encontraba cercana y l estabadecidido a permitir que cualquiera (Francia e Inglaterraentre ellos) comprara licencias sobre sus patentes. Motor de dos tiempos Diesel

Motor de cuatro tiemposDiesel


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BREVE HISTORIA DE LOS MOTORESDE COMBUSTIN INTERNA

Los trabajos de Felix Wankel sobre sobre un motorrotativo se iniciaron en 1929. En 1957 l realizpruebas de su motor rotativo construido con apoyode la firma NSU. Dicho motor modelo KKM-125desarroll 25 hp a 10000 r.p.m, con un consumoespecfico efectivo de 250 g/hp-h

Actualmente la empresa Mazda lidera la produccin

de vehculos que llevan motores Wankel.


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Motor es una mquina que transforma cualquier forma deenerga en trabajo mecnico.

MOTOR

Campos de aplicacin y elementos de clasificacin de los motores


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Motores Trmicosmquinas, que transforman la energa trmica en mecnica.Los motores trmicos vienen a ser el tipo principal de planta de fuerza en todas las formas de

transporte (ferroviario, fluvial, martimo, automotriz y aeronutico), en maquinaria agroindustrial

y en mquinas para la construccin y caminos.Por su funcin los motores trmicos se dividen enestacionarios y de transporte.

MOTOR

Motores trmicos Otros motores


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MOTOR


Motores de transporte Motores estacionarios

Particularidades muy caractersticas de losmotores de transporte:

Multifuncionalidad, la cual exige mantener una alta efectividad de su funcionamiento

cuando se vara dentro de lmites muy amplios los regmenes de velocidad y de carga.

Necesidad de mantener la operatividad cuando cambia la posicin del motor en el espacio.

Mayor exigencia haca la disminucin de sus dimensiones y de su masa.


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En los MCI es caracterstico lo siguiente:

- la combustin, el es ren imiento e calory la transformacin e una arte e ella en trabajo mecnicose reali a irectamente en el cilin ro el motor.

- La sustancia e trabajo se renueva en el roceso e funcionamiento el motor.

En los MEEC son caractersticas las siguientes articulari a es: - el calor entrega o a la sustancia e trabajo roviene el exterior el motor ( generalmente en un

intercambia or e calor ).

- La sustancia e trabajo no se renuevay circula en iferentes accesorios en forma cerra a.

- El trabajo se reali a en la turbina o en un cilin ro e ex ansin.

MOTOR


Motores de vehculos de transporte Motores estacionarios

MCI MEEC


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Los CI omparacin con los EEC tienen, por lo general menoresimensiones y masaporunidaddepotencia generada, graciasa loscualesen la

actualidadse hanconstituidoen laprincipal plantad e fuerzadel transporte.

MOTOR

Motor t rmi o Otro motor

Motor d v h ulo d Motor

M I MEEC


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n calidaddee e ploparaelanlisis delas criterios propios dela construccindelos MCI vea os elesque ade un otor de turbinade gas, si ple,de un soloe e.

Esqu a d una quina d ap r

Principio de funcionamiento: el aire aspirado por el compresor ( cuyo rodete se encuentra en un mismo eje junto con la turbina ) secomprime hasta la presin pk y se enva a la cmara de combustin, en donde una bomba suministra combustible mediante un inyector.

Despus de encenderse la llama con la ayuda de una buja, en la cmara de combustin se produce el aumento de la temperatura dela sustancia de trabajo, la cual luego pasa haca la turbina, en donde se produce trabajo.

Seguidamente, la sustancia de trabajo sale del motor en forma de gases de escape ( GE ). Como se desprende del esquema mostrado, elcalor se entrega a la sustancia de trabajo dentro de un nico turbocompresor, y la sustancia de trabajo se renueva continuamente.

Esquema de un motor de turbina a gas de un solo eje


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Segn el principi de organizacin de los procesos de trabajo , existen los MCIRE dedos tiempos y de cuatro tiempos. Tiempo es el conjunto de procesos, que

transcurren en el cilindro del motor cuando se desplaza el mbolo entre los puntosmuerto superior y muerto inferior.En el MCI de cuatro tiempos los procesos de trabajo se realizan en dos vueltas degiro del eje cigeal , mientras que en los de dos tiempos en una vuelta.

OTOR

otores trmicos Otros motores

otores de vehculos de transporte otores estacionarios

MCI MEEC

MCIR

MCIRO MTG MRDe dos tiempos

De cuatro tiempos


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LosMCIRE se pueden cl sificarsegn una seriede criterios:Porel mtododeinflamaci ndela sustancia detrabajolos motoressedi idenen: motoresde e ce dido orchis a ymotoresdee ce dido orcompresi ( Diesel ).Porel mtododeregulaci ndela potencia motores conregulaci ncua titativa y motores conregulaci ncualitativa.

Porel mtododeformaci ndela mezcla motores conformaci nexternadela mezcla y motores conformaci ninternadela mezcla.

otores trmicos tros motores

otores de vehculos de transporte otores estacionarios

MCI MEEC

MCIR

MCIRO MTG MRDedostiempos

De cuatrotiempos


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motor

Los motores de en endido por ompresi n regulan su potencia ualitati amente y tienen la formacin interna de lamezcla.

MOTOR

Motores t rmi os Otros motores

Motores de veh ulos de transporte Motoresesta ionarios

I EE

IR

IR R

Dedostiempos

De uatrotiempos

Encendidopor ompresin (Diesel

Regulacin ualitati a

Formacininternadelamezcla


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Esq a d a q i a d vap r

Esq a d t r d t r i a d gas d s l j

M o t o r Diesel d e a tro t i e p o s

N - g lo de giro de laa i ela del igeal

1er tiempo ( N = 0o - 180o )(Adm isi )

2do - tiempo ( N =180o - 360o )(Compresi )

3er - tiempo ( N =360o - 540o )(Expa si )

4to - tiempo ( N =5400o - 720o )(Escape)


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Los otores de encendido por chispa regulan su pot n ia cuantitativa ent ytienen la for a in xt rnade la cla. n llos s posibl l pl odedos tiposde co bustibl - lquido(gasolina) otores asolinerosy gas (natural veg tal, gaspobre) otores a as.

MOTOR

Motorest rmicos Otrosmotores

Motores de trans orte Motoresestacionarios

M I M

M IR MTG MRD dostie os

D cuatro tie pos

ncendido porcompresi n (Diesel)

Regulaci n cualitativa

Formaci n interna de lamezcla

ncendido porchispa

Regulaci n cuantitativa

Formaci n externa de lamezcla

Gasolinero

A gas


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PRI IPIOS E UNCIONAMIENTO,PARMETROS Y CON ICIONES EUNCIONAMIENTO E LOS M C I

Camposdeaplicaci nyelementosdeclasificaci nde losmotores

MOTORMotorestrmicos Otrosmotores

Motoresde transporte Motoresestacionarios

MCI MEEC

MCI E MCI MTG MR

dos ti mpos

uatro ti mpos

Encendidoporcompresi n ( iesel)

Regulaci ncualitativa

ormaci n internade la mezcla

Encendidoporchispa

Regulaci ncuantitativa

ormaci nexternade lamezcla

Gasolinero

gas


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Campos apli aci l mentos eclasificaci n e losmotores

MOTOR

Motorestrmicos Otrosmotores

Motores e transporte Motoresestacionarios

MCI MEEC

MCIRE MCIRO MTG MRe os

tiem osecuatrotiempos

Encendidoporcompresi n iesel)

Regulaci ncualitati a

Formaci n internade lamezcla

Encendidoporchispa

Regulaci ncuantitati a

Formaci nexternade lamezcla

Gasolinero

A gas

Concarburador Con inyecci n


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N - gulo de giro de la maniveladel eje cigeal

1ertiempo (N =00 1800 )( admisin )

2do tiempo (N =1800 3600 )( compresin )

3ertiempo (N =3600 - 5400 )( expansin )

4to tiempo (N =5400 - 7200 )( escape )


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Esquema de un motor con inyeccin decombustible en el sistema de admisin

El suministro de combustible se realiza por una seal queenva la unidad electrnica de control, en base a la

informacin que transmiten un conjunto de sensores ( de

gasto de aire, de frecuencia de rotacin del eje cigeal ,

de posicin de la mariposa, etc.)


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MECANISMO DE BIELA -MANIVELACarrera del pistn: determinemos la relacin existente entre lacarrera del pistn y el ngulo de giro del cigeal.

AOOAsx

d!

F

coscos LRLRsx !

? APN cos1/1cos1 ! RsxLos motores modernos de automviles y tractores poseen =1/3,01/4,8.

Los motores rpidos llevan bielas ms largas que los motores lentos.

De la figura se observa que

Luego

Como

Empleando la serie de Newton obtenemos

Nos quedamos con los dos primeros miembros de la parte derecha

Realizando algunas transformaciones algebraicas obtenemosfinalmente:

FN LsenRsenBC !!

NPNF sensenLRsen !! /

2/1222 11cos NPFF sensen !!

....128/516/18/15,01cos 88664422 ! sensensensen PNPNPNPF

NPF 225,01cos sen!

? A_ aNPNP 2cos4/cos4/1 ! Rsx

P

2cos14/cos1 } RRsx

Desplazamiento del pistn


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MECANISMO DE BIELA -MANIVELAVelocidad del pistn: derivando la ecuacin de la carrera del pistn

obtenemos la frmula aproximada de la velocidad del pistn.

o tambin

Por lo tanto la velocidad media del pistn es igual a:

o tambin

Los motores de automviles y de tractores tienen valores de lavelocidad media comprendidos en los rangos siguientes:

Para automviles: wm.p = 815 m/sPara tractores: wm.p = 59 m/s

Aceleracin del pistn: derivando la velocidad obtenemos la frmulade la aceleracin del pistn.

o tambin

!

!! dt

dsen

RRsen

dt

d

d

ds

dt

dsw

P

224

NPN[ 25,0 sensenRw !

3060

2.

snsnw pm !!

15.

Rnw pm !

!

!!

dt

dR

dt

dR

dt

d

d

dw

dt

dwj

NN[P

NN[

N

N22cos5,0cos

NPN[ 2coscos2 ! Rj


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MECANISMO DE BIELA -MANIVELA

LA PRESIN MXIMA DE LOS GASES DENTRO DELCILINDRO EN LOS MOTORES DIESEL ES

CONSIDERABLEMENTE MAYOR QUE EN LOS MOTORESDE ENCENDIDO POR CHISPA, por ello, se construyen conpiezas ms robustas que incrementan las fuerzas de inercia,que dependen tanto de la masa de las piezas en movimiento,como de la aceleracin lineal del grupo pistn.

La potencia del motor es proporcional a la frecuencia derotacin del cigeal. As, si comparamos dos motores de lamisma potencia a igualdad de la presin media efectiva (p ), delnmero de cilindros (i ) y del nmero de tiempos (t), el motor demayor r.p.m. tendr menores valores de D, s y enconsecuencia, menor tamao y peso.

Para disminuir el desgaste del grupo pistn los motores seconstruyen con el mecanismo de biela manivela descentrado,es decir, que el eje del cilindro no intersecta con el eje delcigeal. Por lo tanto ambos ejes quedan desplazados a unacierta distancia, llamada distancia de descentrado (e).

Todos los motores en la prctica llevan un descentrado relativoque oscila dentro de los lmites de:

k = 0,040,10, donde k = e/R


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Relacin carrera por dimetro del cilindro = s/D

Esta relacin es uno de los principales parmetros que influyensobre el diseo del motor.

De acuerdo al valor de esta relacin los motores se clasifican en:

- Motores largos >1- Motores cortos


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Relacin radio de la manivela por la longitud de la biela =R/L

Los valores de y en consecuencia la longitud de la biela sedeterminan considerando los siguientes criterios:

Motores de bielas cortas (aumento de )

- Aumenta el ngulo mximo de desviacin de la biela, respectodel eje del cilindro.

- Aumenta la presin lateral sobre la pared del cilindro,incrementndose las prdidas por friccin y el desgaste del

cilindro.- Aumentan las fuerzas de inercia, produciendo un incrementodel desgaste del motor.

- Disminuye la altura del motor y su peso.

Los motores modernos se construyen con valores de esta relacincomprendidos dentro de los lmites de = 1/3,01/4,8.

Los motores rpidos emplean bielas ms largas, mientras que los

motores de tractores usan bielas ms cortas.


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ORDEN DE ENCENDIDO Y DE TRABAJODE LOS MOTORES

Los MCI suelen ser monocilndricos ,multicilndricos.

Los motores multicilndricos requieren unorden de encendido uniforme, el cualdepende del nmero de cilindros, delnmero de tiempos y de la disposicin delos cilindros (motores en lnea o motores enV).

En la industria de vehculos a rueda y aoruga, la propulsin de estos vehculos se

realizan con motores que pueden tenerhasta 12 cilindros en V. En el otro extremoestn los vehculos de tres ruedas quellevan un un motor de 1 cilindro.

Los motores de automviles generalmenteson de 4 y 6 cilindros en lnea , en V.

Muy difundido en la industria automotriz es

el motor en lnea de cuatro tiempos y cuatrocilindros. Para este motor el orden deencendido es 1-3-4-2. Esto quiere decir quecada 180 grados de giro del cigeal seproduce el encendido en el cilindrorespectivo. El orden de encendido permitedeterminar el orden de trabajo de todos loscilindros. En el caso del motor de cuatrocilindros el diagrama del orden de trabajo es

como se muestra a continuacin:

Cilindro ngulo de rotacindel cigeal

1 Expansin Escape Admisin Compresin

2 Escape Compresin Admisin Expansin

3 Compresin Expansin Escape Admisin

4 Admisin Compresin Expansin Escape

Los motores de seis cilindros y de cuatro tiempos, cuyoorden de encendido es 1-5-3-6-2-4, cada 120 grados de girodel cigeal realizan el encendido en uno de los cilindrosrespectivamente.

0 180 360 540 720

Cilindro ngulo de rotacin del cigeal

1 Expansin Escape Admisin Compresin

2 Escape Admisin Compresin Expansin Es.

3 Ad. Compresin Expansin Escape Admisin

4 Ex. Escape Admisin Compresin Expansin

5 Compresin Expansin Escape Admisin Co.


0 180 360 540 720


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ORDEN DE ENCENDIDO Y DE TRABAJODE LOS MOTORES

Problema: En un motor de 8cilindros en V, de cuatro tiempos se requiere conocer queposicin tendrn las vlvulas de admisin y de escape en el quinto y sptimo cilindrocuando el cigeal gire 510o. El orden de encendido del motor es 1-5-4-8-6-3-7-2;las

hileras de los cilindros estn a 90 grados entre si. La numeracin de los cilindrosempieza con la hilera izquierda.

Solucin:a) Determinamos el intervalo de encendido entre cilindro y cilindro: = 720/8 = 90o

b) Construimos el diagrama de trabajo del motor

c) El diagrama muestra que a 510 de giro del cigeal en el quinto cilindro la vlvula deadmisin est abierta y la de escape cerrada, en el sptimo cilindro ambas vlvulasestn cerradas.

Cilindros ngulo de giro del cigeal

1 Expansin Escape Admisin Compresin2 Exp. Escape Admisin Compresin Exp.

3 Escape Admisin Compresin Expansin Escape

4 Compresin Expansin Escape Admisin

5 Comp. Expansin Escape Admisin Comp.


7 Escape Admisin Compresin Expansin

8 Adm. Compresin Expansin Escape Adm.

0 90 180 270 360 450 540 630 720


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CICLOS TERMODINMICOS DE LOS MCI

Particularidades de los ciclos

El ciclo se efecta con una cantidad invariable de la sustancia de trabajo, al cual supondremos gas ideal decomposicin constante, con capacidad calorfica no dependiente de la temperatura.

El estudio termodinmico de los ciclos de los MCI consiste en la obtencin de las expresionesde la eficiencia trmica y de la presin media del ciclo, y tambin en aclarar el carcter decmo dependen estos ndices, de los parmetros del ciclo.

En general, la eficiencia trmica y la presin media del ciclo dependen de la relacin de compresin, de la naturalezade la sustancia de trabajo, de la cantidad de calor suministrado y de su modo de suministro

c

a

V

V!I

c

z

p

p !

Parmetros del ciclo: Eficiencia trmica

cz

ab

1

2t TT

TT1

q

q1

!!L ak

zb

k

acz

k

ac TT

TTTTTT PI

IPPI !!!!!

1

11 ;;

1kt

11

!

CICLO OTTO

Caractersticas del cicloEl ciclo empieza con la compresin adiabtica acEntre los puntos c y z, desde el exterior se suministracalor a la sustancia de trabajo en la cantidad q1El proceso zb tambin es adiabticoEn el proceso ba la sustancia de trabajo entrega el

calor q2 al medio circundante a volumen constante


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Presin media del ciclo :

t

ka

t 1)1)( (k

1)( p

p

!

minmax

ct vv

p

! N

,1k

Rcy1),(Tcq v

1kav1

!! Tomando en cuenta que

Obtenemos

En otras condiciones iguales, pt crece

directamente proporcional a la presininicial del ciclo pa

En la prctica el aumento de pa se realiza gracias al empleo

de la sobrealimentacin.

En los motores a gasolina, la presin de sobrealimentacinest limitada por el surgimiento de la detonacin.

Parmetros del ciclo Otto enfuncin de la relacin decompresin, con lmite de latemperatura mxima del ciclo(pa = 0,1MPa; Ta = 300 K, Tz =2700K, k = 1,4)

Conjunto de ciclos Otto condiferentes relaciones decompresin, pero con igualtemperatura mxima del ciclo


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1k

ap

1

Tc

q1

I

!V

Parmetros del ciclo:

1p

p

c

z !!c

a

v

v !

c

z

v

v !

z

a

v

v !

- Grado de expansin previa; - Grado de expansin ulterior

Eficiencia trmica:

1)k(

1

11

k

1kt

!

;TT 1kac! ;TTT

1k

acz VI!V!

k

a

1k

1kz

1kz

b TTT

T V!VI!H!

)1(Tc)TT(cq

1)-(Tc)T-(Tcq

kavabv2

1-kapczp1

!!

!!

y

La eficiencia trmica del ciclo diesel ser:

A diferencia del ciclo Otto, la eficiencia trmica depende de la carga trmica del ciclo, es decir,de la cantidad de calor suministrado (). Con su aumento, t disminuye.

, refleja la carga trmica en el ciclo Diesel y sehalla con la frmula

CICLO DIESEL

Por la condicin dada de organizacin de laextraccin de calor a volumen constante(iscora ba) la magnitud de no puedesuperar el valor de

Presin media del ciclo:

A partir de la definicin dada anteriormentedeterminamos la presin media del ciclo

t

ka

t 1)1)((k

1)k(pp

!

De este modo, vemos que en ciclo Diesel aligual que en el ciclo Otto, t y pt dependende la naturaleza de la sustancia de trabajoy de la relacin de compresin, creciendocon el aumento de y del ndice adiabticok.


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Ejemplo 1. La cantidad de calor suministrado a la sustancia de trabajo en el ciclo Diesel es q1 = 1,4 MJ/kg . Se sabe tambin que Ta =300 K; cp = 1kJ/kg.K, k = 1,4. Qu relacin de compresin se debe tener en este ciclo para obtener una eficiencia trmica igual al delciclo Otto cuando = 10?

Solucin:

.602,0

10

11

11

14,11kt!!

I

!L

luego de realizar transformaciones obtenemos

1KD

k

0,398k

11

!

3,6

300

101,41,40,3981

Tc

0,398kq1

3

ap

1k !

!!

luego

.496,2!V

17,18.1)61,4(2,490,398

13,6

1)3,98(

1

11,4

1

1k

1k

D !

-

!

-

!

Finalmente obtenemos que


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CICLO MIXTO

)(

)1(1

11

1

qxTck

qx

v

k

av

v

!

IV

El ciclo mixto se refiere a los motores Dieselrpidos.La entrega de calor se produce en dos etapas: alinicio a volumen constante cz y luego a presin

constante zz

Para este ciclo q1 = q 1 + q 2 , por consiguiente:

)TT(c)T-(Tcq zzpczv1 ! )T-(Tcq abv2 !

? A)1(k1Tcq 1kav1 V

PI!

)1(Tcqk

av2 PV!

1-k11

11

k

1kt P

!

Transformando obtenemos:

? At

kat 1)1)( (k

1-k1pp

!

P

Para aumentar pa y por ende p t en los motoresDiesel se emplea la sobrealimentacin.Para una cantidad dada de calor suministrado q1,las magnitudes de y se determinan con lasexpresiones

1kav

1v

Tc

qx1

!

1

1v q

'qx !

- es la fraccin del calor, suministrado en el proceso avolumen constante cz

Cuando xv = 0, = 1 (todo el calor se suministra en el procesoisobrico, es decir, el ciclo mixto deviene en ciclo Diesel).

Cuando xv = 1 (todo el calor se suministra en el proceso a volumenconstante) el ciclo mixto pasa a ser ciclo Otto, para el cual =1


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Analicemos los grficos de la figura siguiente:

1.- El crecimiento de la eficiencia trmica cuando aumenta xv se retarda fuertementecuando xv se aproxima a 1.

2.- Con pequeos valores de xv, la eficiencia trmica depende de la cantidad total de

calor suministrado q1.

3.- Particularmente es grande la influencia de q1 cuando xv = 0, es decir, cuando elciclo se vuelve Diesel.

4.- Si todo el calor se suministra a volumen constante (xv = 1) y el ciclo se vuelve Otto,entonces la cantidad de calor suministrado no influye en la magnitud de la eficienciatrmica.

5.- Los clculos demuestran que a partir de xv = 0,6 la eficiencia trmica del ciclo mixto,

con un error de hasta 2%, es igual al del ciclo con suministro de calor a volumenconstante. Por ello, el aumento posterior de xv, slo conduce a un fuerte aumento delparmetro , que determina la presin mxima del ciclo pz.


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CICLO DIESEL MIXTO VS CICLO OTTO

Comparemos los ciclos mixto (acTzzTbT) y Otto (ac0z0b0) superpuestos en la figura, bajo las condiciones de semejanza de los parmetrosde la sustancia de trabajo en el punto inicial del ciclo, de la presin mxima y del trabajo del ciclo.

1.- Al superponerse los ciclos, de acuerdo con lascondiciones de comparacin, el rea c0cTzzTdc0es igual al rea bTdz0b0bT.

2.- En el diagrama vp se observa que Vh0, para elciclo Otto, es menor que para el ciclo consuministro mixto de calor VhT.

3.- Esto significa que la presin media pt de esteltimo ciclo es menor que la del ciclo Otto

Comparemos con la ayuda del diagrama sT las cantidades de calorsuministrado y extrado en ambos ciclos.

1.- El calor suministrado en el ciclo mixto q1, es proporcional alrea total debajo de la iscora cTz y de la isobara zzT, es decir,al rea acTzzTbT.

2.-En el caso del ciclo Otto, el rea ac0z0b0 corresponde al calor q1.Esta rea es mayor que la anterior en la proporcin igual al reabTbTb0b0.

3.- Puesto que el trabajo de ambos ciclos es igual, entonces para lascondiciones dadas, la eficiencia trmica del ciclo Otto es menor que la delciclo con suministro mixto de calor, el cual en este caso tiene mayor relacinde compresin.


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CICLOS TERMODINMICOS DE LOS MOTORES SOBREALIMENTADOS

V

VIH

I

o

z

gI

V

V!!

11

1

!!k

c

a

kI

a

k

aa

I

a

T

V

VTT

I

CICLO CON TURBINA DE IMPULSOSProcesosa-a: compresin adiabtica en el compresor del turbo;a-c: compresin adiabtica en el cilindro del motor;c-z: entrega de calor a volumen constante;z-z: entrega de calor a presin constante;z-b: expansin adiabtica en el ci lindro del motorb-g: expansin adiabtica en la turbina del turbo;g-a: extraccin de calor a presin constante

a

I

a

cV

V!I

c

Ia

c

a

a

Ia

coV

V

V

V

V

V !!! III

Relacin de compresin en el compresor

Relacin total de compresin

Grado de compresin previaIa

g

I

a

gI

T

T

V

V!!V

11

1

!!kI

z

k

g

k

z

zg

T

V

VTT

H

)1(1

11

1

1

!

VPP

VP

I

k

k k

k

o

t

Grado total de expansin


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CICLO CON TURNINA A PRESIN CONSTANTE

Para el ciclo aczzb se cumple la expresin:

)1(1

11112

! VPP

PVI kqq

k

k

I

Para el ciclo afga se cumple la expresin

122

1

!k

c

Iqq

I

(1)

(2)

Combinando (1) y (2) obtenemos:

)1(111

11

2

!

VPP

PV

I kqq k

k

o

(3)

Remplazando la expresin (3) en la ecuacin que define la eficiencia trmica del ciclo obtenemos:

)1(11111

11

2

!!

VPPPV

IL

kqq

k

k

o

t


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COMBUSTIBLES Y SUS PROPIEDADES

Derivados del petrleo No derivados del petrleo

Gasolinas Comb. diesel Comb. gaseosos Comb. sintticos

Gasol. sinteticas

Comb. diesel

Gas natural

GLP

Hidrgeno

Diesel 1

Diesel 2


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TIPOS DE PETRLEO La industria mundial de hidrocarburos lquidos clasifica el petrleo de acuerdo a su densidad API (parmetro

internacional del Instituto Americano del Petrleo, que diferencia las calidades del crudo).

Petrleo crudo Densidad (g/cm3) Densidad gradosAPI

Extrapesado >1,0 10,0

Pesado 1,0 0,92 10,0 22,3

Mediano 0,92 0,87 22,3 31,1

Ligero 0,87 0,83 31,1 39

Superligero < 0,83 > 39

COMPOSICIN DEL PETRLEO

Dependiendo del nmero de tomos de carbono y de la estructura de los hidrocarburos que integran el petrleo, se tienen diferentespropiedades que los caracterizan y determinan su comportamiento como combustibles, lubricantes, ceras o solventes.

En su composicin elemental el petrleo contiene :

Las cadenas lineales de carbono asociadas a hidrgeno, constituyen las parafinas; cuando las cadenas son ramificadas se tienen lasisoparafinas; al presentarse dobles uniones entre los tomos de carbono se forman las olefinas; las molculas en las que se forman ciclosde carbono son los naftenos, y cuando estos ciclos presentan dobles uniones alternas (anillo bencnico) se tiene la familia de losaromticos.

Adems hay hidrocarburos con presencia de azufre, nitrgeno y oxgeno formando familias bien caracterizadas, y un contenido menor deotros elementos.

Elemento % Masa

Carbono 8487

Hidrgeno 1114

Azufre 02

Nitrgeno 0,2


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Parafinas

Su frmula general es Cn+H2n+2. Son hidrocarburos saturados debido a que todos los tomos de carbono estn saturados por tomos dehidrgeno

Isoparafinas

OlefinasSu frmula general es CnH2n . Son hidrocarburos no saturados concadena abierta, donde dos tomos de carbono de la cadenatienen un enlace doble

NaftenosSu frmula general es CnH2n. Son hidrocarburos saturados cclicos

en los cuales los tomos contiguos de carbono al unirse entre si

con un enlace forman una estructura cerrada (cclica).

AromticosSu frmula general es C

nH

n. Son hidrocarburos, cuyas molculas

contienen anillos de benceno con tres enlaces unitarios que seintercalan con enlaces dobles.


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PROPIEDADES DEL PETRLEO CRUDO

Propiedades

Densidad Por lo general los crudos son ms livianos que el agua (crudos livianos y medianos) y algunos son ms"pesados" que el agua (crudos pesados y extrapesados). En trminos numricos se habla de un intervalo dedensidad desde 0,75 a 1,1 Kgl, lo cual equivale en grados API a un intervalo de 57,2 a 3,0 grados.

Contenido de azufre La cantidad de azufre contenida en un crudo es importante porque es responsable del efecto corrosivo de loscrudos y sus productos, en equipos de refinera y sistemas. As, la presencia del azufre en las naftas (productointermedio para la produccin de gasolinas) que alimentan las plantas de reformacin, es perjudicial porqueinactiva a los catalizadores.

La gasolina sulfurosa adems de atacar el sistema de combustin de los automviles y al motor, contamina laatmsfera con los productos de la combustin ("Lluvia cida").

Contenido de agua ysedimentos

Es un indicador del grado de suciedad por la presencia de agua y otros materiales.

DESTILACIN PRIMARIA DEL PETRLEO

FRACCIN INTERVALO EN PUNTODE EBULLICIN EN OC

DISTRIBUCINAPROXIMADA DE CARBONO

PRESENTES EN LAFRACCIN

APLICACIONES

Gas LP

Naftas

Queroseno

Gasleo

Residuo primario

Debajo de 32,2

32,2204,4

176,7287,8

275 325

Arriba de 301,7

C1 a C5

C5 a C12

C12 a C18

C16 a C21

C20 en adelante

Se usa en la industria y como combustiblede vehculos

Se usa como combustible

Se usa en cocinas y como combustible deaviacin

Se usa como combustible de motoresdiesel

Se usa para destilacin secundaria


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CUALIDADES GENERALES DE LOS COMBUSTIBLES PARA MCI

Poseer valores ptimos de densidad, viscosidad, compresibilidad y otras propiedades que aseguren su suministro confiable y unaformacin de la mezcla de calidad en todos los regmenes de funcionamiento del motor y en un amplio rango de variacin de lascondiciones externas.

Poseer elevadas cualidades ecolgicas

Asegurar un arranque confiable y plenitud de la combustin; tener una mnima tendencia a la formacin de carbonilla y de productos decombustin corrosivos; tener una alta estabilidad trmica y buenas propiedades detergentes.

Conservar sus propiedades durante su almacenamiento y transporte, no contener impurezas y agua, en lo posible no ser causante deincendios y de intoxicacin, ser bajo costo.

GASOLINAS

Las gasolinas son mezclas de hidrocarburos, que se destilan en un rango de temperaturas de 35205 oC, y contienen gasolinas dedestilacin directa (~25%), gasolinas de destilacin cataltica (~10%) y otros productos.

NMERO DE OCTANOS (NO): es la pr incipal caracterstica de la gasolina.

El NO es numricamente igual al contenido en % de isooctano (NO=100) en una mezcla con heptano (NO=0), que en condiciones de pruebade un motor monocilndrico tiene la misma resistencia a la detonacin que la gasolina de prueba.

El nmero de octanos se obtiene por dos mtodos:-Mtodo motor NOM (corresponde a altas cargas trmicas)-Mtodo de investigacin NOI (corresponde a cargas parciales)

Por tanto: NOM < NOI La resistencia a la detonacin de las gasol inas depende de sucomposicin.Los hidrocarburos aromticos poseen mayor resistenciaLos hidrocarburos parafnicos poseen menor resistencia

Para producir gasolinas de alto octanaje se emplean cadenas de alto octanaje como el isooctano,el isopentano, etc y compuestosoxigenados como el metiltributileter (MTBE), etc. Tambin se emplean aditivos antidetonantes como el plomotetraetlico,metalocarbonatos, etc.


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PODERCALORFICO DE LA GASOLINA : Viene a ser una de las principales propiedades de un combustible, que en gran medidadetermina los ndices de potencia y de economa de un motor.

Los hidrocarburos parafnicos poseen el mayor poder calorficoLos hidrocarburos aromticos poseen el menor poder calorfico

HIDROCARBUROS PODER CALORFICO,

kJ/kg

Parafnicos:

Metano

Octano

Decano

Naftnicos:

Ciclopentano

Cicloheptano

Metilciclohexano

Aromticos:

Benzol

Toluol

Isopropilbenzol

55496

47800

47464

46928

46626

46718

42010

42528

43576

Existen dos tipos de poder calorfico: Poder calorfico superior Hs y

poder calorfico inferior Hu

El poder calorfico inferior se determina de la condicin de que losproductos de la combustin completa CO2 y H2 O se encuentran enestado gaseoso.

Para calcular el poder calorfico de un combustible lquido derivado delpetrleo se emplea la frmula de Mendeleev.

HU = 339C + 1030H 109(O-S) 25,12W

Donde Hu - es el poder calorfico inferior, kJ/kg; C, H, O, S, W es el contenidoen el combustible, en % de volumen de carbono, hidrgeno, oxigeno, azufre yagua

EVAPORACIN DE LA GASOLINA: es una propiedad explotacional que esta determinada por la densidad, la composicin fraccionada y lapresin de vapores saturados.

La evaporacin influye en el arranque en fri, en la tendencia a la formacin de colchones de vapor en la lnea de alimentacin, en lavelocidad de calentamiento y en la adaptabilidad del motor.

GASOLINA REFORMADA: es el concepto que tienen las gasolinas que permiten disminuir la toxicidad de los M de ECH.Las gasolinas reformadas contienen sustancias oxigenados como el MTBE (metiltributileter) o el TAME (etertetramilmetlico) y el porcentaje decompuestos aromticos esta limitada.

Por ejemplo, en Europa las gasolinas tienen las siguientes caractersticas de composicin en % de masa.-hidrocarburos aromticos 42-hidrocarburos olefnicos 18-benzol 1-oxigeno 2,7-azufre 0,015


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COMBUSTIBLE DIESEL

DEFINICIN: Es una fraccin del petrleo que contiene hidrocarburos, cuya temperatura de destilacin es 200350 oC. El combustible dieseles transparente, ms viscoso que la gasolina. Su coloracin depende del contenido de resinas y vara de amarillo a marrn claro.

NMERO DE CETANO: caracteriza la inflamabil idad del combustible diesel.

El NC es numricamente igual al contenido en % de cetano (NC = 100) en una mezcla con -metilnaftaleno (NC = 0), que en condiciones deprueba en un motor monocilndrico tiene el mismo periodo de retardo de la inflamacin que el combustible diesel de prueba.

INDICE DECETANO: es el valor de NC obtenido por clculo con la densidad a 15 oC y una temperatura que corresponde al 50% de sudestilacin.

IC = 454,74-1641,41+774,742-0,554t50 + 97,803(lgt50)2

Para = 0,86 g/cm3 , t50 = 280 oC , IC=46,7

Los hidrocarburos que tienen altos NC, poseen baja resistencia a la detonacin (bajo NO).

NC 60 NOM/2

El NC de la mezcla de diesel con gasolina se determina con la frmula:

Ncmez = NCg + (NCd-NCg)gd(1+mezgdgg)

Donde

Ncmez , mez es el nmero de cetano y la densidad de la mezcla de diesel con gasolina;gd ,gg es la fraccin en masa de la gasolina y del combustible diesel contenidos en la mezcla (gd + gg = 1).

El aumento del NC generalmente mejora las cualidades de arranque del motor diesel. El NC depende de la composicin del combustible.

Los hidrocarburos parafnicos poseen el mayor NC.Los hidrocarburos aromticos poseen el menor NC.


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Las normas europeas han establecido como lmite mnimo del NC el valor de 48

Para aumentar el NC se agrega al combustible un aditivo a base de isopropileno.

EVAPORACIN DEL COMBUSTIBLE DIESEL: est determinada por la composicin fraccionada, la densidad y la viscosidad.

VISCOSIDAD DEL COMBUSTIBLE DIESEL: depende de la composicin del hidrocarburo y su valor esta normado dentro de ampliosrangos (1,87,0 mm2 /s).

DENSIDAD DEL COMBUSTIBLE DIESEL: es una de las principales propiedades del combustible, del cual depende la economa delmotor. Su valor est normado a 20o C y vara desde 830 kg/m3 hasta 870 kg/ m3Los hidrocarburos aromticos poseen la mayor densidadLos hidrocarburos parafnicos poseen la menor densidad

COMPOSICIN ELEMENTAL DE LOS COMBUSTIBLES LQUIDOS

Combustible Composicin elemental Pesomolecular

mT, kg/mol

Podercalorficoinferior

Hu, KJ/kgC H O

Gasolina

Querosene

Combustiblesdiesel

0,855

0,860

0,87

0,145

0,137

0,1260,125

-

0,003

0,0040,005

110120

130170

180280

43 932

43 095

42 467


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REACCIONES DE COMBUSTIN

La combustin de los hidrocarburos en general est dada porla ecuacin:

Ejemplos:

reaccin de combustin de la gasolina ( C 8H18 )

Reaccin de combustin del metano (CH4 )

223

11

3

81 kgCkgOkgC !

OHn

mOO

nmH

nm 222 24!

OHOOH

222188 984

188 !

OHCOOCH 2224 24

41 !

CANTIDAD TERICA NECESARIA DE AIRE PARA LACOMBUSTINCOMPLETA DE COMBUSTIBLES LQUIDOS

Por qumica se sabe que

OkgHkgOkgH 222 981 !

En consecuencia, si tenemos un combustible que contiene C, H yOT, entonces la cantidad de oxgeno que se requiere para lograrla combustin completa es igual a:

TOHCO ! 83

82

Donde C, H y OT representan lafraccin respectiva de dichoselementos en el combustible

Por lo tanto la cantidad de aire en kg que se requierepara esta combustin es:

blekgcombusti

kgaireOH

l

To)8

3

8(

23,0

1!

blekgcombusti

molairekgOHCL

To

! )

32412(

21,0

1

Donde 0,23 y 0,21 es la proporcin en masa y en

volumen respectivamente del contenido de oxgeno en elaire


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Los combustibles gaseosos


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Las exigenciasambientalistas han orientado esfuerzos hacaa eluso de losllamados combustible ALTERNATIVOS O NO TRADICIONALES.

Dentro de estosse encuentran los hidrocarburos gaseosos y el hidrogeno, considerados como los combustibles ecolgicamente limpios.

Elprecio de un combustible gaseoso es 23 vecesmenos que elprecio de la gasolina y el combustible Diesel y, las reservasprobadassuperan lasdelpetrleo.

Estosfactores condicionan el empleo del gas en el transporte automotor.

Enmuchospasesa nivel gubernamental existen programasde proteccin delmedio ambiente, con normas estrictasde controlde las emisionesde losmotores y polticasde estmulo haca eluso de combustibles gaseosos.Lospasesms representativos en este sentido son Italia, Canad, Austria,Australia, Argentina, Rusia, Suecia, Nueva Zelandia, EstadosUnidos y Japn.

Generalidades

TIPOS PRINCIPALES DE COMBUSTIBLES GASEOSOS

Los MCI emplean dos tiposde combustible hidrocarburos gaseosos, estosson:Gaslicuado de petrleoGas natural

REQUERIMIENTOS PRINCIPALES DE LOS COMBUSTIBLES GASEOSOS

Deben mezclarse bien con el aire a fin de formar una mezcla homogneaPoseer elevado poder calorfico de la mezcla carburanteProducir una combustin sin detonacin dentro de los cilindros del motor

Tener una mnima composicin de sustancias resinosas y residuos slidos, causantes de la formacin de carbonilla yobstrucciones en el sistema de alimentacin de combustibleTener una mnima composicin de sustancias que producen corrosin en las piezas, oxidacin y dilucin del aceite lubricante delmotorProducir la menor cantidad de sustancias txicas y cancergenas en los gases de escapeNo cambiar sus propiedades con el tiempo

Tener bajo costo de produccin y de transporte


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Por su estado fsico los combustibles gaseosos se dividen en dos grupos: comprimidos y licuados

En estado comprimido (gas comprimido) se utiliza generalmente si el gas tiene una temperatura crtica por debajo delas temperaturas de operacin de los vehculos

Si la temperatura crtica del gas es mayor que las temperaturas de operacin de los vehculos, su uso es en estadoliquido (licuado). La presin de licuacin es hasta 1,52 MPa

Se debe sealar que los gases comprimidos sometidos a temperaturas muy bajas pasan a estado lquido.

GAS LICUADO DE PETRLEO Los principales componentes de los gases licuados, que emplean los MCI son el propano C3 H8, butano C4 H10y sus

mezclas.

Estos hidrocarburos se obtienen de los gases que salen de los pozos de petrleo (GLP), as como de fraccionesgaseosas obtenidas del fraccionamiento del petrleo y del carbn

La temperatura crtica del propano es + 97o C y del butano + 126o C. En consecuencia, por encima de las temperaturasque se dan en el medio ambiente (sin enfriamiento) ambos hidrocarburos requieren una pequea presin para serlicuados

Ejemplo: a + 20o C el propano se licua con una presin de 0,716 Mpa (100 lb /pul2), mientras que el butano requiere deuna presin de 0,103 Mpa (14,42 lb /pul2).

Los balones para GLP tienen una presin de trabajo igual a 1,6 MPa. En tal condicin, el propano puro se encuentra enestado lquido.

La presin de los vapores saturados del GLP vara desde 0,27 MPa (a 10o C) hasta 1,6 MPa (a 45oC)


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Nmero de CETANO del GLP

Experimentos realizados han establecido que el NC del butano es 25 y del propano 16 En consecuencia para los motores gaso Diesel el GLP debe contener la mxima cantidad posible de butano.

A continuacin se muestran valores del NC del GLP obtenidos experimentalmente

GASES Y SUS MEZCLAS NMERO DECETANO

Butano

80% de butano + 20% de propano



20% de butano + 80% de propanoPropano

25

23

21,2

19,8

18,116

Densidad del GLP:La densidad del GLP en estado lquido, al igual que todos los lquidos,prcticamente no depende de la presin, pero s de la temperatura. Dicha densidadse determina para la temperatura de 15o C y la presin igual a la presin de vapor.En estado gaseoso su densidad se determina para la presin atmosfrica y latemperatura de 0 y 15o C .Con el aumento de la temperatura del GLP, la densidad de sus componentes

disminuye como resultado de la expansin trmica

Variacin de ladensidadde loscomponentesprincipalesdel GLP en

funcin de la temperatura:1 butano; 2 isobutano; 3 - propano


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El GLP se caracteriza por tener una gran expansin volumtrica. En consecuencia, el aumento de la temperatura en 1oC aumentala presin en el baln en 0,60,7 MPa. Por ello, a f in de evitar la explosin del baln en su interior debe haber un colchon de vaporcuyo volumen debe ser no menos del 10% del volumen total.

La cualidad ms importante del gas licuado, es su capacidad de mantenerse en estado lquido a temperatura atmosfrica. Estacualidad permite transportarlo en condiciones similares a los combustible lquidos, es decir en cisternas y balones, cuyas paredesse calculan para la presin mxima a 45o C, es decir 17,5 kg / cm2.

El GLP es ms pesado que el aire, por lo que tiende a asentarse en partes bajas.

En el balance energtico de los hidrocarburos, la disponibilidad del gas licuado en comparacin con el gas natural es bastantepequea

En la composicin del GLP se agregan sustancias especiales (odorantes), que poseen un fuerte olor, ya que el GLP generalmenteno tiene olor y color, haciendo difcil la deteccin inmediata de fugas.

Como odorante se emplea el etilmercaptano C2H5SH ( cuya temperatura de ebullicin es 37oC), que se caracteriza por tener unolor muy fuerte y desagradable. Su percepcin se da con una concentracin mnima: 0,19 g en 1000 m 3 de aire o gas.

Presin de vaporEs la presin que corresponde a un estado de equilibrio de las fases lquida y gaseosa.Depende de la temperatura, de la composicin qumica y fraccionada del combustible.El etano contenido en el GLP le da mayor presin de vapor al gas, por ello serecomienda que este elemento este presente en el GLP cuando latemperatura del medio ambiente es negativa, ya que permite mantener unabuena presin dentro del recipiente.

Por el contrario, cuando la temperatura del medio ambiente es elevada serecomienda que en el GLP este presente una buena porcin de butanoLa presin de vapor ejerce una influencia decisiva en la efectividad delsuministro del combustible al motor. En temperaturas fras por debajo de cerose requiere una buena presin de vapor en el recipiente.

Variacin de la presin de vapor de hidrocarburos que contiene el GLPen funcin de la temperatura:1 etileno; 2 etano; 3 propano;4 butano;5 -pentano


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La presin de vapor del GLP en el recipiente ( presin absoluta ) sedetermina a travs de las presiones parciales de los componentescontenidos en el GLP.p = xi pix i es la fraccin de un componente dadoP i es la presin del componenteFactores que influencian sobre la presin en el recipiente:

la temperaturala proporcin entre los principales componentes

( propano y butano )

Variacin de la presin de vapor en funcin dela temperatura y de la proporcin de suscomponentes:1 propano 100%; 2 propano 90%, butano10%; 3 propano 80%, butano 20%; 4

propano 70%, butano 30%; 5 propano 60%,butano 40%, 6 propano 50%, butano 50%; 7 propano 40%, butano 60%; 8 propano 30%,butano 70%; 9 propano 20%, butano 80%; 10 propano 10%, butano 90%; 11 butano 100%

P,MPa

Poder calorfico

Es la cantidad de calorque se desprende al quemarsecompletamente 1m3 de gas a 20oC y a la presin

atmosfrica.El poder calorfico del combustible gaseoso no es equivalente al

poder calorfico de la mezcla carburante.Esto quiere decir, que an, cuando en una unidad msica de gas

(GLP) se desprende mayor calor que en una unidad msica degasolina, una unidad en volumen de mezcla carburante deGLP produce menor calor que una unidad en volumen demezcla carburante de gasolina en 6...8%.

Para los combustibles gaseosos el poder calorfico por lo general seexpresa por unidad de volumen ( m3 o mol ). En este caso

siempre se deber establecer la temperatura y presin delgas, que determina la masa de la sustancia contenida en launidad de volumen.


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GAS NATURAL COMPRIMIDO Entre los principales componentes del gas natural comprimido estn : metano CH4, xido de carbono CO e hidrgeno H2

El gas natural comprimido proviene de yacimientos de gas o de petrleo

En los yacimientos de petrleo, dependiendo del yacimiento, la presencia de metano en el GNC puede ser de 4085%.

En los yacimientos de gas la presencia de metano puede ser ms de de 90 %

El metano se caracteriza por tener una temperatura crtica muy baja (-82oC )

Los vehculos, cuyos motores funcionan con GNC llevan balones con sus respectivos accesorios, donde la presin de trabajoes 19,6 MPa (200 kg / cm2)

Una batera de ocho balones de GNC con capacidad de 50 l cada uno pesa ms de 0,5 t

El GNC tiene un bajo poder energtico por unidad de volumen ( a presin atmosfrica su concentracin de energa por unidadde volumen es 800 ...1000 veces menor que los combustibles lquidos derivados del petrleo).

Para licuar el GNC se requiere la tcnica de criognica. El metano enfriado a 161,7 o C y a presin atmosfrica pasa a estadolquido disminuyendo su volumen en 610 veces.

El transporte y conservacin del GNC son ms complejos

La autonoma de los vehculos con GNC se reduce en 2 veces respecto de la gasolina y en 3 veces respecto del Diesel 2. El GNC se inflama en la cmara de combustin del motor a la temperatura de 635 645oC, magnitud 3 veces mayor que latemperatura de inflamacin de la gasolina. Esto dificulta el arranque del motor,particularmente cuando la temperatura del medioambiente es baja.

EL incendio por inflamacin del GNC es menor que para la gasolina debido a que su masa es menor que la masa del aire.

El GNC acta negativamente sobre el sistema nervioso central, provocando irritaciones, en la piel, en las mucosas del aparatorespiratorio.


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PRINCIPALESCARACTERSTICAS DELGNCPARA MOTORES DECOMBUSTIN INTERNA

Parmetros Marcas de GNC

A B

Presin del GNC en los balones, no menos de, MPa (kg/cm2)

Temperatura del gas en el proceso de llenado de los balones, oC, no ms de:

- para climas templados y fros

- para climas muy calurosos

Composicin del GNC, en % de volumen:

- metano

- etano, no ms de

- propano, no ms de

- butano, no ms de

- pentano, no ms de- dixido de carbono, no ms de

- oxigeno, no ms de

- nitrgeno

Cantidad de sulfuro de hidrgeno*, g / m3 , no ms de

Cantidad de mercapano de azufre*, g / m3 , no ms de

Proporcin de sulfuro de hidrgeno y mercaptano de azufre, en %, no ms de

Cantidad de impurezas*, g / m3 , no ms de

Cantidad de humedad*, g / m3 , no ms de

19,62 (200)

+ 40

+ 45

95 5

4

1,5

1,0

0,31,0

1,0

04

0,02

0,016

0,1

0,001

0,009

19.62 (200)

+ 40

+ 45

90 5

4

1,5

1,0

0,31,0

1,0

47

0,02

0,016

0,1

0,001

0,009

* A 760 mm de Hg y 15 o C


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CONDENSADOS DEL GAS NATURAL

Los condensados de gas son hidrocarburos lquidos que provienen del gas natural y se condensan en condiciones normales.

Los condensados de gas representan una fuente adicional de materia prima para la obtencin de combustibles para vehculos.

El nivel de las propiedades fsico qumicas y explotacionales de los condensados de gas es cercano al de los combustibles Diesel, por lo que sonatractivos para ser empleados como combustibles.

A continuacin se muestra un cuadro comparativo de las propiedades del Diesel 2 y de condensados de gas de diferentes yacimientos:

PROPIEDADES DE LOS CONDENSADOS

Propiedades Combustible Diesel Condensados de gas

No 1 No 2 No 3

Nmero de cetanoComposicin f raccionada, oC:

- inicio de la ebullicin

- 50 de destilacin

- 96% de destilacin

Viscosidad a 20o C, mm2 / s

Cantidad de azufre en masa:

- general, %

- mercaptano de azufre, %

No menos de 45

-

No mayor de 280

No mayor de 360

3,5 --- 6,0

No ms de 0,5

No ms de 0,01

43

103

151

292

1,2

0,02

0,0001

53

111

201

350

1,7

0,02

0,0001

52

140

208

345

2,1

0,02

-


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La composicin y las propiedades del gas natural se evalan con el nmero carbnico n, que define para un gas homogneo el nmero de

tomos de carbono en su molcula.

Si el gas se compone de distintos hidrocarburos y de balasto, entonces el nmero carbnico se determina como el valormedio de los nmeroscarbnicos de los distintos hidrocarburos considerando el balasto.

Donde CH4, C2H6 etc son los componentes del gas natural tomados en % de volumen; CO2 y N2 es el balasto del gas

G. F. Knorre propuso la siguiente frmula para calcular el poder calorfico inferior del gas natural, en MJ/m3:

)(100

...32

22

83624

NCO

HCHCCHn

!

3736,842354,27 ! nQ H


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Cuando el coeficiente de exceso de aire es


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El poder calorfico de una unidad de volumen o unidad de masa viene a ser el parmetro energtico ms importante de un combustible.

Sin embargo, en el proceso de combustin real en un MCI, importa ms el poder calorfico de la mezcla aire combustible expresada a travs de lasiguiente formula:

o

u

u

L

Hh

E

!

1

Donde es el coeficiente de exceso de aireLo es la cantidad estequiomtrica de aire, m3 / m3

Hu es el podercalorfico inferior del combustible gaseoso, kJ / m3

Para el caso de la combustin incompleta, donde


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Aire estequiomtrico del gas natural

Es la masa (volumen) de aire que tericamente se

necesitapara quemarcompletamente elcombustible

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Metano

C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O

Propano

C4H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O

Butano

Conclusin: Para quemar completamente una molcula de metano serequiere 2 molculas de oxgeno. As mismo, para quemar completamente unamolcula de propano y butano respectivamente, se requiere de 5 y 6,5

molculas de oxgeno.Como sabemos en el aire esta contenido el oxgeno en 21%. En consecuencia,para quemar completamente 1m3 metano, propano y butano respectivamente,se necesita 9,5 ; 23,8 y 30,95m3 de aire respectivamente. Dicha cantidad sedenomina aire estequiomtrico.

C

ANTIDAD TERIC

A NEC

ESARIA DE AIRE PARA LAC

OMBU

STINC

OMPLETA DEC

OMBU

STIB

LESGASEOSOS

Para un combustible gaseoso cuya frmula qumica es Cn Hm Or, se requiere una determinada cantidad de aire para quemarcompletamente dicho combustible. Esta cantidad de aire llamado aire estequiomtrico se determina con la siguiente frmula:

rmnOHC

rmnL

!2421,0

10

Donde

n es el nmero de tomos de carbono del combustiblem es el nmero de tomos de hidrgeno del combustibleres el nmero de tomos de xigeno contenido en el combustible

Ejemplo:

La reaccin qumica de C2 H4 con el oxgeno es:

C2 H4 + 3 O2 = 2CO2 + 2 H2 O

Entonces la cantidad terica de aire que serequiere para la combustin completa de unmol de C2 H4 es:

L0 = 1/0,21( 2 + 4/4)*1 = 3/0,21 mol

P i d d d l GLP d l G li


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Propiedades del GLP y de la Gasolina

Composicin

Frmula qumica

Masa molecular, kg / kmol

Etano

C2H6

30

Propano

C3H8

44

Butano

C4H10

58

Gasolina

C8H18

114

Masa del gas en estado gaseoso respecto del aire,kg/m3

1,038 1,523 2,007 3,94

Densidad a 15 oC y 0,1 Mpa,

De la fase lquida , g / cm3 o kg/l

De la fase gseosa, kg/m30,446

1,273

0,509

1,867

0,582

2,460

0,720

5,06

Temperatura de ebullicin oC - 88,6 - 42,1 - 0,50 No menor de 35,0

Poder calorfico inferior, MJ /kg

Poder calorfico inferior, MJ/ m3

Poder calorfico inferior de la mezcla carburante, MJ/m3

47,196

60,039

3,403

45,973

85,832

3,46

45,431

111,785

3,5

43,995

212,852

3,56

Cantidad de aire tericamente necesaria para lacombustin ( en estado gaseoso), m3/m3

16,66 23,91 30,95 58,6

Temperatura de encendido, o C 650...580 510...580 475...510 470...530

Nmero de octano 125 120 93 76


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Propiedades del Gas Natural a 15o C y 101,3 kPa (760 mm Hg)

Composicin y propiedades Metano

C H4

Hidrgeno libre

H2

xido decarbono

CO

Gasolina

C8 H 18

Masa del gas en estado gaseoso respecto delaire, kg / m3

-Densidad:

En estado gaseoso, kg/m3

En estado lquido, kg/l

-Temperatura de ebullicin, o C

-Poder calorfico inferior, MJ/m3

_Poder calorfico inferior, MJ/kg

- Poder calorfico de la mezcla carburante,MJ/m3

-Nmero de octanaje

-Temperatura de encendido, o C

-Cantidad de aire tericamente necesaria parala combustin ( es estado gaseoso), m3/m3

0,554

0,717

-

-161,6

33,869

49,850

3,230

107...120

680...750

9,52

0,0695

0,090

-

-252,7

10,236

120,000

3,029

45...90

500...600

2,38

0,967

1,250

-

-

12,046

10,408

3,561

100

625...675

2,38

3,94

5,08

0,740

No menor de 35,0

212,852

43,995

3,56

76

470...530

58,6


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Comparacin de las propiedades del gas con la gasolina

Propiedades GLP GNC Gasolina

Etano Propano Butano Metano Hidrgeno Oxido decarbono

Densidad en estado lquido, kg/l

Densidad en estado gaseoso, kg/m3

Poder calorfico, MJ/m3

Poder calorfico, MJ/kg

Poder calorfico de la mezcla carburante, MJ/m3

Cantidad estereomtrica de

aire, m3 /m3

Temperatura de encendido, o C

Nmero de octanaje

0,446

1,273

60,085

47,197

3,403

16,66

650...

580

125

0,509

1,867

85,832

45,970

3,460

23,91

510...

580

120

0,582

2,460

111,785

45,440

3,500

30,95

475...

510

93

-

0,717

33,885

49,850

3,230

9,52

680...

750

110

-

0,090

10,236

120,000

3,029

2,38

500...

600

70

-

1,250

12,046

10,408

3,561

2,38

625...

675

100

0,720

5,06

212,852

44,000

3,560

58,6

470...

530

76


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PROCESOS DE TRABAJO DE LOS MOTORES DE

COMBUSTIN INTERNA


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F 10 Enter

c

d e f

g

La mezcla aire combustible (MAC) se prepara

en el carburador. Dependiendo del rgimen defuncionamiento del motor, la MAC puede tener diferentecomposicin relativa de combustible y aire. La composicinde la mezcla aire combustible se evala con el coeficientede exceso de aire E

Formacin de la mezcla externaMCI con regulacin cuantitativa( la potencia se regula en gran parte de sus regmenes

variando la cantidad de mezcla aire combustiblesuministrada a los cilindros con un cambio muy pequeo desu composicin )Encendido por chispaCombustible empleado - gasolina

1 carburador:a filtro de aireb mariposa de airec difusor

d cmara de flotacine chiclerf pulverizadorg mariposa de gases

2 buja de encendido3 mecanismo de biela manivela4 bloque - carter

MOTOR DE ENCENDIDO POR CHISPA


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d e f

g

La relacin entre la cantidad de aire (GA), contenida en la mezcla, y la cantidad mnima de la misma que tericamente serequiere para quemar completamente todo el combustible contenido en ella ( G

C), se denomina coeficiente de exceso de

aire - E

GA

GC

oC

lG

G

!E

GA cantidad de aire en la mezclaGC cantidad de combustible en la mezclalo 14,9 kg cantidad de aire necesaria para quemar 1 kg decombustible.

Si :E!1 mezcla estequiomtricaE1 mezcla rica ( de combustible )E"1 mezcla pobre ( de combustible )


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PRINCIPIOS DEEl proceso de trabajo del motor es conveniente analizar a travs del

diagrama indicado, el cual representa la dependencia de la presin en elcilindro del motor p del volumen en el espacio encima del pistn V.

1 er t iempo (N = 00 1800

( admisin

N ngulo de giro de la manivela del eje cigeal

Comienzo del llenado

Fin del llenado

El llenado del cilindro con carga fresca ( ra ) se realiza gracias a la succincreada por el pistn cuando ste se desplaza haca el PMI ( p po ).

En el rgimen de la potencia nominal ( lamariposa esta totalmente abierta y lafrecuencia del eje cigeal es igual a lanominal )

Pa = ( 0.8 ... 0.9 ) p0 : Ta = 320 ... 350 K


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Determinaci n del coeficiente de llenado

Co pa r

u s t

d:a- ll

nado r

al

b- ll

nado l it

posibl

(t

ri

o)

pk, Tk pr

siny t

peraturade la carga fr

sca

n laad isin

pa, Ta pr

siny t

peraturade la sustan

iade trabajoal final de la carr

rade ll

nado

c volu

nde la c arade co bustin.

nt

s del ini

iode laad isin

n

l volu

ndel cilindro

c s

n

u

ntrangas

s de la co

bustin gas

s r

sidual

s

h volu

nde trabajodel cilindroG1 asade la carga fr

sca qu

ingr

sa

n

l volu

nde trabajodel cilindro,kgGT asade la carga fr

sca qu

t

ri

a

ent

ll

nara

l volu

nde trabajodel cilindro,kg

Va densidadde la carga fr

scapara pa, Ta

Vk densidadde la carga fr

scapara pk, Tk

!Sobre la cantidad de carga fresca que ingresa en el cilindro al final del proceso de admisin

influyen:yel nivel de las prdidas hidrulicas en la carrera de admisin

yel calentamiento de la carga frescayla cantidad de gases residuales


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Determinacin del coeficiente de llenado

La calidad de la organizacin del proceso de admisin se evala mediante el

coeficiente de llenado Lv- es la relacin de la cantidad de carga fresca que ingresa en el cilindro, sobre la

cantidad que tericamente llenara el volumen de trabajo para p k y Tk

hh

k

hkT

vV

V

V

G

V

G

G

G1

1

11 !!!!!

!

"

V1 volumen de la carga fresca reducida a las condiciones en la admisin.


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!sobr#

lacantidaddecarga fr#

sca$

ueingresaenelcilindroal final del procesodeadmisi

%

ninfluyen :

y el nivelde lasprdidas&

idr'

ulicasen lacarrerade

admisi(

ny el calentamientode lacarga frescay lacantidaddegasesresiduales

Influenciade lasprdidas)

idr0

ulicas

1. Influenciadel gradodeaperturade la mariposadegases

a- procesode llenadocon la mariposacompletamenteabiertab- procesode llenadocon la mariposaabiertaparcialmente

G1"G1 ; Va"Vda ; Lv"Ld

dv

2

. Influenciade la velocidaddedesplazamientode la mezclaairecombustible

W Wd; Lv"Lddv


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! sobre la cantidadde carga fresca qu ingresan l cilindroal final del pro esodead isin

influyen :l nivel de las prdidas hidruli as n la carrera

dead isinl cal nta ientode la carga fresca

la cantidadde gas s residual s

Influencia del calentamiento de la carga fresca

Tcal t peraturade cal nta ientode la carga fresca

Si la Tcal , nton es Va y Lv

Influencia de la cantidad degasesresiduales

uanto ayor s la cantidadde los productos de la co bustin n l ci loant rior, tanto nor s G1 y Lv.


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PRINCIPIOSClculo del coeficiente de llenado

rk

k

k

av

TTT

T

p

p

KNNI

INL

1

1 1 (!

Donde 1 se denomina coeficiente de recarga es la relacin entre el calor especfico de los gases

residuales y el calor especfico de la carga fresca.

Para motores de cuatro tiempos el coeficiente de llenado se puede calcular con la ecuacin siguiente:

(! pa

r

k

a

k

k

v p

p

p

p

TT

T

lim1

1

11 NNII

I

NLLa magnitud de pa es igual a:

pa = po- pa

La prdida de presin en la admisin pa se puede determinaraproximadamente con la expresin:pa = (2 + adm ) ( adm 2adm /2 )

Donde adm coeficiente de resistencia del sistema de admisin; = cil / adm coeficiente de amortiguamiento de la velocidad de la carga en la seccin

dada del cilindro; cil velocidad media del aire en la seccin dada del cilindro; adm velocidad del aire en la entrada del sistema de admisin (garganta de la vlvula

); adm densidad del aire (carga) en la admisin.

En el rgimen nominal de los motores de automviles adm = 50120 m/s y (2 + adm ) = 2,54.


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P I IPIOS E FU IO AMIE TO, PA MET OS Y O I IO ES E FU IO AMIE TO ELOS M I

Proceso de trabajo de los M I reciprocantesP O ESO E OMP ESI


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PROCESO DE COMPRESIN


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Sobre los parmetros del proceso de trabajo al final de la compresinen lo fundamental influye la relacin de compresin - I

Para motores modernos deencendido por chispa cuyo I =

6.5 ... 10Pc = 0.9 ... 1.5 MPaT c = 550 ... 750 K

1n

ac pp I!- Presin al final de la compresin

11!n

ac TT I- Temperatura al final de la compresin

n 1 - ndice politrpico de compresin

Relacin de compresin

Volumen de trabajo

Volumen de la cmara de combustin


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La variacin del ndice politrpico de compresin depende de lascondiciones de intercambio de calor entre la sustancia de trabajo y elmedio exterior

En la primera etapa de la compresin la paredesdel cilindro ceden calor a la sustancia de trabajo,por lo que n1 > k.

En la segunda etapa de la compresin lasustancia de trabajo entrega calor a las paredesdel cilindro, por lo que n1 < k.

Variacin del ndice politrpico de compresin

FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE n1

Sobre n1 influyen: Frecuencia de rotacin del motor Carga del motor Tipo de refrigeracin Nmero de tiempos Tipo de material empleado en la construccin del motor Grado de sobrealimentacin


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FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE n1

Frecuencia de rotacin del motor n1

Con el n1, las fugas de carga fresca por los anillos

de los cilindros. En consecuencia, n1

Carga del motor

Con el de la carga sobre el motor, el rgimentrmico. En consecuencia, n1 .

Tipo de refrigeracin

Los motores refrigerados por aire poseen mayortemperatura media del motor. En consecuencia, alemplearse este tipo de refrigeracin n 1 .

Los motores de dos tiempos tienen carga trmica quelos motores de cuatro tiempos, por lo que en estosmotores n1

Nmero de tiempos

Material empleado en la construccin

Los motores fabricados de aleacin de hierro tienen n1 encomparacin con los motores fabricados de aleacin dealuminio, debido a que el hierro aumenta la temperaturamedia del motor.

Grado de sobrealimentacin

La sobrealimentacin disminuye el n1 ya queaumenta la temperatura media de la sustancia detrabajo.


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Paralo motore moderno deen endidoporchi pa

P = 3.6 ... 4.2

Cercaal PMS cuando3 z = 10o ... 15olapre 4 in y latemperatura

dela sustanciadetrabajoalcanzan su valormximo.

Pz = 3.5 ... 6.5 Mpa ; T z = 2400 ... 2800 k

es el ra e elevaci e la resi

COMBUSTINENLOSM.E.CH


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FASES DE LA COMBUSTIN

Fase primera 1 Se inicia cuando salta la chispa elctrica yculmina cuando la presin dentro del cilindro se hace mayor que

la presin de compresin, debido al desprendimiento de calor. Aesta fase se denomina fase inicial de combustin o fase deformacin delfrente de llama. En esta fase arde no ms del23% del combustible suministrado.

La duracin de esta fase depende de los siguientes factores: Composicin de la mezcla Movimiento rotacional de la carga

Relacin de compresin Sobrealimentacin Frecuencia de rotacin Carga del motor Caracterstica de la chispa elctrica


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Composicin de la mezcla: El menor valor de 1 se da cuando = 0,80,9, es decir cuando la velocidad de la combustin es la

mxima.Movimiento rotacional de la carga:A mayor intensidad delmovimiento rotacional de la carga, disminuye la duracin de 1debido al incremento de la turbulencia.Relacin de compresin: Con el aumento de aumenta latemperatura y la presin de la sustancia de trabajo, lo quepermite el aumento de la velocidad de la combustin y enconsecuencia la disminucin de la duracin de 1.Sobrealimentacin: La influencia de la sobrealimentacin es

similar a la influencia del aumento de la relacin de compresin.Debido a que con la sobrealimentacin generalmente disminuyeav. enc., entonces disminuye adicionalmente 1.


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Frecuencia de rotacin: investigaciones experimentales hanestablecido que 1 ~ nm, donde m = 0,51,0. Al aumentar n, conel incremento de las pulsaciones de baja amplitud disminuye la

magnitud de m.Carga del motor: El funcionamiento del motor a bajas cargas(mariposa de gases semiabierta) hace que aumente la cantidadrelativa de los gases residuales y disminuya la presin de lasustancia de trabajo. Todo esto conduce al aumento de laduracin de 1 y al empeoramiento de la estabilidad delencendido.Caracterstica de la chispa elctrica: Cuanto mayor es elvoltaje, la duracin y la estabilidad de descarga elctrica, menores 1. Por eso los sistemas de encendido electrnico mejoran elencendido y la combustin, sobre todo en los regmenes deaceleracin o frente a un considerable empobrecimiento de lamezcla.

Segunda fase II : Llamada fase principal de lacombustin, su duracin se cuenta desde el trmino de

la primera fase hasta el instante en que se alcanza lapresin mxima del ciclo. La duracin de II sedetermina por las leyes de la combustin turbulenta degran amplitud.La mxima velocidad de desplazamiento de la llama enesta fase puede llegar a ser 6080 m/s y la cantidadde combustible quemado puede llegar a ser 8085%.



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Factores que influyen sobre la duracin de II

Propiedades fsico qumicas de la sustancia de trabajo: Investigaciones experimentales muestranque II depende muy poco de las propiedades fsico qumicas de la sustancia de trabajo y solo cuandoexiste una gran eestrangulacin aumenta un poco II.

Frecuencia de rotacin del motor: con el aumento de n, la duracin de la segunda fase disminuye,debido a que la intensidad de la turbulencia de la carga es proporcional a la frecuencia de rotacin.

ubicacin de la buja de encendido: La posicin de la buja cerca del centro de la cmara decombustin o la colocacin de dos bujas disminuye la duracin de II

ngulo de avance de encendido: Investigaciones experimentales muestran que cuando el ngulo deavance del encendido es ptimo, parte de la segunda fase se desarrolla antes del PMS y representa3040% de la duracin de II.

Carga del motor: cuando el motor funciona a plena carga, la eficiencia efectiva mxima se alcanza cuando lasegunda fase de la combustin culmina 1218 grados despus del PMS. En este caso II = 2025 grados degiro del cigeal.

Nota:La culminacin de la segunda fase no significa que aqu termina la combustin, por eso la temperaturamedia de los gases contina aumentando alcanzando su mximo valor en el punto 1.


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La velocidad de desprendimiento de calor en la segunda fase determina la intensidad del crecimiento de lapresin dp/d, de la cual depende la llamada rigidez de funcionamiento del motor.

Tercera fase III:llamada fase de pos combustin, se inicia cuando la presin en el cilindro alcanza el valor mximo.En esta fase, la mezcla arde principalmente en las capas cercanas a la pared de la cmara, en donde lasescalas de las pulsaciones turbulentas y la temperatura visiblemente son menores que en el volumen principalde la cmara.Ciertas porciones de la mezcla terminan de quemarse despus del frente de llama, sobre todo cuando lazona de la combustin turbulenta tiene una gran profundidad.

La Velocidad de desprendimiento de calor en esta fase disminuye, mientras que la expansin de los gases debido almovimiento del pistn en direccin del PMI aumenta, lo cual juntamente con el crecimiento del traspaso de calor hacalas paredes del cilindro, determina la cada de la presin.

Sobre la duracin de III influyen los mismos factores que influyen sobre I , es decir aquellos de los cuales dependela velocidad de la combustin turbulenta de baja intensidad (amplitud).

Coeficiente de desprendimiento de calor

Es el parmetro que caracteriza la ley de la combustin y es igual a la relacin de la cantidad de calor desprendidoen un momento dado ( Qx )entre el calor introducido en el ciclo con el combustible ( Qc.cicl = VciclcHu )

ciccxx QQ ./!G


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Del calor desprendido Qx una parte se transmite al mediocircundante (Qm.circ) y la otra parte (la principal) Qact denominadadesprendimiento de calor activo se transforma en trabajo (Lx) y

aumenta la energa interna de la sustancia de trabajo (U

C-)

Coeficiente de desprendimiento de calor activo ax

cicc

Cc

cicc

xax

UpdV

Q

Q

.

.

(

!!

N

N

\

x = ax + Qperd.x / Qc.cic

El coeficiente de desprendimiento de calor activo caracteriza larelacin entre el proceso de combustin y el aprovechamiento delcalor desprendido en el ciclo.

Los coeficientes x y ax estn relacionados entre si:

Donde Qperd.x es la cantidad de calor, extrada de la sustancia de trabajo a travs de la superficie de la cmara decombustin desde cuando se inicia el encendido hasta un instante dado.

Parmetros de la sustancia de trabajo y ley dedesprendimiento de calor


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Anormalidades del proceso de combustin en los motores de encendido por chispa

Combustin detonante: es la combustin de las ltimas porciones de la carga fresca despus de su

autoencendido, que va acompaada del surgimiento de ondas de choque. La velocidad de las ondas de choquepuede alcanzar valores de 1500 m/s.

Al reflejarse las ondas de choque desde las paredes de los cilindros surge un golpe metlico sonoro, que sirvecomo seal inequvoca de la presencia de la detonacin.

Durante la detonacin en el diagrama indicado se registran oscilaciones de presin, cuyas amplitudes yfrecuencia dependen de la intensidad de la detonacin.

Cuando la detonacin es elevada los golpes son fuertes, al mismo tiempo aumenta la disociacin de losproductos de la combustin, cae la potencia y en los gases de escape aparece un humo negro.

Durante la detonacin aumentan considerablemente las cargas trmicas y mecnicas en una serie de piezas,como resultado del cual se daan los pistones, la empaquetadura de la culata y las bujas.


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Las ondas de choque destruyen la pelcula lubricante de las paredes de los cilindros generando un desgasteacelerado de los mismos.

La detonacin es el principal obstculo para aumentar la relacin de compresin y dificulta el empleo de lasobrealimentacin en los motores de encendido por chispa

Factores que coadyuvan al surgimiento de la detonacin:Nmero de octanos de la gasolinangulo de avance del encendidoFrecuencia de rotacinCarga del motorFactores constructivos

Nmero de octanos de la gasolina: En la gasolina las fracciones ms ligeras tienen menor nmero de octanos que

las fracciones medias y pesadas.

Cuando un vehculo acelera bruscamente las fracciones pesadas ingresan al cilindro con cierto retraso, lo queprovoca al inicio de la aceleracin el surgimiento de la detonacin, debido a la disminucin temporal del nmero deoctanos de la gasolina que ingres al cilindro.

La disipacin rpida de la detonacin a medida que aumenta la velocidad del vehculo es seal de una buenaregulacin del ngulo de avance del encendido.

F i d i f


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Frecuencia de rotacin: El aumento de la frecuencia de rotacin disminuye la probabilidad del surgimiento de ladetonacin debido al aumento de la velocidad de desplazamiento del principal frente de llama, dando menos tiempo aldesarrollo del proceso sub laminar en las ltima parte de la carga fresca.

ngulo de avance del encendido: Cuando se disminuye el ngulo de avance del encendido, disminuye la presin

mxima del ciclo y la velocidad de crecimiento de la presin p / , permitiendo un menor aplastamiento de lamezcla que est delante del frente de llama y por lo tanto disminuye la posibilidad del surgimiento de la detonacin

Carga del motor: La disminucin de la carga en el motor permite estrangular la mezcla que ingresa al cilindro,disminuyendo as la presin y la temperatura en el proceso de combustin y aumentando los gases residuales. Enconsecuencia disminuye la probabilidad del surgimiento de la detonacin.

Factores constructivos: El aumento de la relacin de compresin favorece al surgimiento de la detonacin.En cambio la disminucin del dimetro del cilindro, el aumento de la turbulencia de la carga, el mejoramiento de larefrigeracin de las ltimas porciones de la carga, la disminucin del recorrido del frente de llama desde la bujahasta las partes ms alejadas de la cmara disminuyen la probabilidad del surgimiento de la detonacin.


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Preencendido: Debido al calentamiento de ciertas partes de la cmara de combustin y de la cabeza del pistn, ascomo por la acumulacin de carbonilla la mezcla puede encenderse durante el proceso de compresin antes de que sede la chispa elctrica. La mezcla encendida por las superficies calientes luego arde con una velocidad normal, pero sincontrol.El preencendido depende tanto de la calidad del combustible, como del tipo de buja.

INFLUENCIA DE DIVERSOS FACTORES SOBRELA COMBUSTIN EN LOS MOTORES DE

ENCENDIDO POR CHISPA

ngulo de avance del encendido: El ngulo de avance

del encendido juega un gran rol en el proceso decombustin.El ngulo de avance del encendido depende de la duracinde las fases del proceso de combustin (en primer lugar1): cuanto mayor es la duracin , ms temprano se debeencender la mezcla.Composicin de la mezcla: Influye sobre la cantidad decalor y la velocidad de su desprendimiento durante lacombustin.

La composicin de la mezcla tambin influye sobre latoxicidad de los gases de escape.


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Carga del motor: La estrangulacin de la mezcla al disminuir la cargadel motor disminuye la presin del ciclo y aumenta el coeficiente degases residuales, empeorando las condiciones de encendido; por esoaumenta 1.El empeoramiento de la combustin a bajas cargas es una grandesventaja de los motores de encendido por chispa ya que obliga aenriquecer la mezcla para evitar el aumento de la desigualdad delencendido, con el consecuente sobre consumo de combustible yelevada emisin de CO y CH.Frecuencia de rotacin del motor: Con el aumento de n, aumentatambin la turbulencia de la carga, la cual juntamente con elmejoramiento de la formacin de la mezcla conlleva a que II const.En lo que se refiere a la duracin de I, sta crece, por eso, cuandoaumenta n se debe aumentar a.e.De otro lado, con el aumento de n un tanto se extiende la fase de poscombustin III , sin embargo esto se compensa con la disminucin de laprdida relativa de calor haca las paredesEn conjunto, con el aumento de n, la efectividad de la combustinmejora.

TIPOS MS DIFUNDIDOS DECMARAS DECOMBUSTIN EN MOTORES DEENCENDIDO POR CHISPA


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ENCENDIDO PORCHISPA

Dependiendo del tipode cmara de combustinen los motores deencendido por chispa seemplean pistones confondo plano o convexo.

Pistn de fondo convexo Pistn de fondo plano

Los pistones con fondo planono solo son ms fciles defabricar, sino que poseen lamenor receptividad trmica. Estopermite minimizar los flujos decalor a travs del pistn paraiguales condiciones. En estecaso, surge la posibilidad de ladisminucin tanto del espesor del

fondo del pistn, como de laaltura de la franja de fuego.

En la industria de motores cuatroson las cmaras de combustinque conjugan muy bien con lospistones planos:

Cmara semiesfrica

Cmara piramidal

Cmara plano-ovalada

Cmara en cua

Forma de la cmara de combustin


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La presencia de expulsores ( holgurasentre la superficie de la culata del cilindro yel fondo del pistn ) en las C.C plano-

ovalada y en forma de cua, permite unaturbulencia adicional de la carga en el tiempode compresin.Los expulsores mejoran la turbulencia de lamezcla.

Cmara plano-ovalada

Cmara en cua

La ausencia de expulsores en

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31085367 Motores de Combustion Interna