mecanica automotriz

Estudio de la combustión en motores diesel
1. EL PROCESO DE COMBUSTIÓN

La Combustión es una reacción termoquímica muy rápida entre el oxígeno del
aire y el combustible, para formar teóricamente CO 2 y H2O, más el consiguiente
desprendimiento de calor (Reacción exotérmica). Cuando la reacción emite luz en
el visible, se la denomina Llama.
Para que se produzca la reacción de una maneraefectiva el combustible debe de
pasar a estado gaseoso para mezclarse con el oxígeno. De esta manera, la
reacción se generará de una forma más eficaz. Debido a que el proceso no es
100% eficaz, parte de los reactivos no se transforman en CO 2 y H2O, sino que se
formarán sustancias contaminantes que se emiten al exterior en forma de
emisiones. Como consecuencia, parte de la energía química delos reactivos no
se transformará en calor.
El periodo de combustión es muy corto, en torno a decenas de milisegundo, ya
que se necesita que la reacción sea rápida y completa. El periodo de combustión
normalmente está entre 40-50º de giro de cigüeñal (en torno a 20º APMS y 20-30º
DPMS).
Si por ejemplo, un motor funciona a 1500 rpm el tiempo disponible para la
combustión será de :

50º (1min/1500 rpm)*(1 rmp/360º)*(60 seg/1 min) = 5.6 ms

Par que se produzca una buena combustión se deben de cumplir varias premisas:
1. Transformar el combustible líquido a estado gaseoso. Cuanto mayor sea el
peso molecular del compuesto hidrocarburo menos volátil será, y más complejo
será el proceso de combustión.
2. Hacer que el aire y el combustible se mezclen y alimenten la zona de ignicióny
combustión. En la primera zona el aire y combustible están íntimamente
mezclados en forma de gas, mientras que en la segunda zona es más

J. Ignacio Ciria

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heterogéneo ya que el combustible no está totalmente en forma de gas ni
mezclado homogéneamente con el aire.
La ignición del combustible se produce cuando las gotas de este finamente
formadas están auna temperatura suficiente dentro de la cámara de combustión.
Sin embargo, si no se dan las condiciones adecuadas (moléculas muy grandes,
poca cantidad de oxígeno y/o temperatura insuficiente) el combustible se quemará
parcialmente, es decir, se oxidará formando partículas de carbonilla y otros tipos
de partículas contaminantes.

2. FORMACIÓN DEL SPRAY.

Cuando se inyecta combustible enla cámara de combustión de un motor diesel se
forman zonas ricas y otras pobres en él. Tanto las zonas ricas como las pobres
están involucradas en el proceso de combustión. En las zonas ricas en
combustible se suelen generar mayor cantidad de CO, HC inquemados y
carbonilla, mientras que en las zonas pobres se producen mayor cantidad de
NOx. Sin embargo, en las zonas pobres en combustible, sesuelen ir quemando el
CO, HC y carbonilla formados en la zona rica antes de que se eliminen por la
válvula de escape. La carbonilla no se elimina tan fácilmente debido a que es un
sólido y no se oxida lo suficientemente rápido como para desaparecer antes de
que abandone la cámara de reacción.
En la figura 1 se observa que el chorro de combustible se atomiza en finas gotas
de combustible.Cuando el aire se encuentre aproximadamente en 1000º K, el
combustible se evapora de manera muy fácil. La entrada del aire en la cámara de
combustión hace que se forme un torbellino, evaporando más fácilmente el
combustible al arrastrar parte de él del spray y mezclándose con él, creando
zonas ricas y pobres en combustible. La inflamación suele producirse muy cerca
del

puntoestequiométrico,

quemándose

toda

la

mezcla

disponible

instantáneamente. La mezcla que no se puede quemar por su pobreza tiende a
oxidarse en parte pero no se quema.

J. Ignacio Ciria

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Figura 1. Zonas del spray formado de combustible en la cámara de combustión.

La mezcla formada alrededor del spray de diesel produce dos zonas: la inflamable
y la...