estudio de combustion

CAPÍTULO 4

TERMOQUÍMICA DE LAS MEZCLAS AIRE – COMBUSTIBLE
Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE TRABAJO
CARACTERIZACIÓN DE LLAMAS [1]
La combustión de la mezcla aire – combustible dentro del cilindro del motor, es uno de los
procesos que controla la potencia, eficiencia y emisiones del mismo. Algunos conocimientos
previos en lo pertinente a los fenómenos de la combustión son, sin embargo, unanecesidad
preliminar para entender el funcionamiento del motor. Estos fenómenos de combustión son
diferentes para los dos tipos principales de motores – MEP y MEC . En los MEP normalmente el
aire se mezcla con el combustible en el sistema de admisión del motor. Continuando la
compresión de ésta mezcla de aire – combustible, en la cual se inicia el proceso de combustión
mediante una descargaeléctrica; se desarrolla un frente de llama que se propaga a través del
cilindro hacia las paredes de la cámara de combustión. En las paredes la llama se enfría o se
extingue por razones de transferencia de calor convirtiéndose en proceso dominante la
destrucción de especies activas en las cercanías de las paredes. Puede también ocurrir un
fenómeno de combustión indeseable conocido como elencendido “espontáneo” e incontrolado de
una masa considerable de la mezcla aire - combustible que se encuentra por delante del frente de
llama antes de que éste se pueda propagar a través de la mezcla (el cual es llamado el “gas
final”). Este fenómeno de la combustión por autoexplosión es la causa del golpeteo (pistoneo,
cascabeleo, knock o cliqueteo son otros nombres que se le suelen dar) de losMEP el cual, debido
a las altas presiones generadas (ondas de choque locales), puede conducir a la avería del motor.
En los MEC, el combustible es inyectado dentro del cilindro en el aire, ya a alta presión y
temperatura, cerca del fin de la carrera de compresión. El autoencendido o autoinflamación, de
partes de la mezcla del aire caliente con el combustible ya inyectado y vaporizado da inicioal
proceso de combustión, el cual se expande rápidamente. El quemado procede entonces a medida
que el aire y el combustible se mezclan hasta la composición apropiada para que la combustión
tenga lugar, en este momento prevalece el tiempo de mezclado sobre el tiempo de reacción
química. Así, el mezclado del combustible con el aire juega un papel de control en el proceso de
combustión de losdiesel, y por esta razón se dice que la llama de un MEC es de difusión.

Capítulo 4. Termoquímica de las mezclas aire – combustible y propiedades de los fluidos de trabajo

Este capítulo se centra en la termoquímica de la combustión; i.e., la composición y las
propiedades termodinámicas de los fluidos de trabajo de la pre y poscombustión en los motores y
los cambios de energía asociados conlos procesos de combustión que tienen lugar dentro del
cilindro del motor. En capítulos posteriores se trata con los aspectos fenomenológicos de la
combustión de los motores: i.e., los detalles de los procesos físicos y químicos por los cuales la
mezcla aire – combustible es convertida en productos quemados. En este punto es útil mirar de
nuevo brevemente los fenómenos claves de la combustiónpara proveer unos antecedentes
apropiados para el material siguiente. Se puede encontrar información más detallada sobre éstos
fenómenos de combustión en textos de combustión tales como el de Spalding [2] y Glassman [3].
El proceso de combustión es una reacción exotérmica de la fase gaseosa (donde el oxígeno es
usualmente uno de los reactivos). Una llama es una reacción de combustión que sepuede
propagar subsónicamente a través del espacio; el movimiento relativo de la llama respecto al gas
no quemado es el parámetro más importante. La estructura de la llama no depende de si la llama
se mueve relativa al observador o de si permanece estacionaria a medida que el gas se mueve a
través de ella. La existencia del movimiento de la llama implica que la reacción es confinada a
una...