Cálculo fracción quemada de la mezcla

Cálculo de la fracción quemada durante el proceso de combustión

A partir del instante del encendido, la evolución de la presión medida en la cámara de combustión es dependiente de la aportación decalor debido a la combustión, al movimiento del pistón y de los intercambios de calor hacia las paredes. El análisis termodinámico de un diagrama P(α), presión de un ciclo en particular o presiónmedia de una población de ciclos, permite determinar para cada ángulo de rotación α(°KW), la fracción Q/Qmax de la energía total liberada por la combustión que define la ley de liberación de energía;para una mezcla combustible homogénea, este valor corresponde a la “fracción quemada de masa” en un instante dado.

Para los gases frescos: mu, Tu, Vu
Para los gases quemados: mb, Tb, Vb

Entonces: mu + mb = m y Vu + Vb = V

No se tomará en cuenta:
• Geometría del frente de flama
• Volumen del frente de flama Vf ” 0 ya que es despreciable con respecto a Vu yVb.
• No hay intercambio térmico entre gases frescos y quemados a través del frente de flama.

m = Masa total de la mezcla en el cilindro, se considera invariable durante la combustión; esdecir, Blow-By = 0.
q = Energía calorífica de la masa de combustible. Depende de la composición de este último : tipo de combustible, lambda, cantidad de gases residuales.
mb = Masa de gasesquemados para un ángulo α

X = mb / m ; Fracción de gases quemados para el ángulo α ( 0 ≤ X ≥ 1 ).

Aplicando la primera ley de la termodinámica al sistema cerrado constituido por el gas mentre un ángulo de encendido αA y un ángulo cualquiera α que nos describirá la variación de energía interna U del sistema y es igual a la suma de energías intercambiadas con el medio ambiente bajoforma de Trabajo W y de calor Q entre αA y α.

U(α) - U(αA) = [ W + Q ] αA → α Ec. ( 1 )

Suponiendo que:
• Cada sistema (u) y (b) está a cada instante en equilibrio...