Motoreen dinamika

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CAPÍTULO 11

COMBUSTIÓN EN MOTORES DE ENCENDIDO POR COMPRESIÓN
INTRODUCCIÓN Tal y como lo expresaban N. Watson y M.S. Janota [1] en el año 1982: “El proceso de combustión es el aspecto más importante de cualquier motor de combustión interna. Desafortunadamente es también el más complejo y el menos entendido”. Con el paso de los años se ha podido profundizar más en el estudio del proceso decombustión en motores, gracias al avance alcanzado en tecnologías de visualización e indicación en el interior del cilindro. El proceso de combustión en un motor de encendido por compresión, además de ser no estacionario, heterogéneo y multidimensional ocurre en muy poco tiempo, del orden de milisegundos, en un medio confinado y con geometría variable, lo cuál por lo demás confirma lo expuesto en elpárrafo anterior. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO En los motores de ciclo Diesel se admite aire, ya sea por succión en la bajada del pistón durante la carrera de admisión (motores de aspiración natural) o por una combinación de lo anterior y la presión suministrada por un compresor (motores turboalimentados). Una vez que se cierra la válvula de admisión pasados unos grados del punto muerto inferior, elsistema puede considerarse termodinámicamente cerrado, la masa en el sistema es constante y entonces las aproximaciones de tipo politrópico son válidas. El aire comienza a ser comprimido por el pistón y esto hace que se vaya incrementando su presión y su temperatura. Un tiempo antes que el pistón alcance el punto muerto superior y justo cuando las condiciones del aire comprimido están en torno a los800 K y los 40 bar [2], se abre la aguja del inyector y salen los chorros de combustible. A partir de este instante empiezan a ocurrir una serie de procesos físicos y químicos al interior del cilindro que son previos al proceso de liberación de energía como tal, mientras el combustible líquido continua siendo inyectado. Inicialmente el chorro empieza a convertirse en pequeñas gotas debido a lascondiciones a las que encuentra el aire y al efecto de resistencia aerodinámica por la velocidad a la que es inyectado el combustible. Estas gotas se van luego vaporizando y mezclando en fase gaseosa con

Capítulo 11. Combustión en MEC

el aire. En aquellas zonas donde se alcanzan las condiciones de estequiometría, se inicia aceleradamente la combustión por autoinflamación. Para estas zonas,en este momento, prevalece el tiempo de reacción química sobre el tiempo de mezclado y a esta fase se le conoce con el nombre de fase de combustión por premezcla ó combustión rápida; se estima que aproximadamente un 3% de la carga se quema durante esta fase. Una vez quemadas aquellas zonas cuya mezcla de aire/combustible estaba en condiciones estequiométricas, empieza la fase de combustión pordifusión, en la cual prevalece el tiempo de mezclado sobre el de reacción química (Figura 11.1) Las tres fases principales que se pueden identificar en un diagrama típico de energía aparente (teórica) liberada (Figura 11.2) para un motor diesel de inyección directa son: 1) Tiempo de retraso (a-b). Es el tiempo (o ángulo) que transcurre desde el momento en que se inyecta el combustible dentro de lacámara de combustión, hasta el momento en que inicia la combustión. Este último punto es muy difícil de determinar con exactitud y por lo tanto existen diversos criterios en la literatura [3]. 2) Fase de premezcla o de combustión rápida (b-c). En esta fase ocurre la combustión de aquellas zonas en las que durante el tiempo de retraso se alcanzó una mezcla dentro de los límites de inflamabilidad entreel combustible y el aire. Aquí prevalece el tiempo de reacción química sobre el tiempo de mezclado. Está caracterizada por ser un pico agudo y estrecho como se puede ver en la Figura 11.2. 3) Fase de combustión por difusión (c-d). Esta fase se da inmediatamente después de la anterior, es decir una vez que se han consumido las zonas de premezcla. La tasa de quemado está controlada por el tiempo...
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