Ensayo, colector de admisión, masa del cilindro.

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Capacitancia neumática del colector de admisión y masa de aire que
ingresa al cilindro influenciada por el pistón.
Luis Paladines Bravo, Geovanny Guarango
RESUMEN
La necesidad de capacitancia neumática en el colector de
admisión del motor de combustión depende de los regímenes
de giro del mismo, teniendo así que el colector actúa
benéficamente en los estados transitorios, como un reservorio
de aire, especialmente en regímenes altos de rpm.
Analizaremos como interviene la capacitancia neumática del
colector de admisión en el llenado del cilindro, con distintas
variables de entrada en el sistema y como salida la masa de
aire en el cilindro, de esta manera se modelara a un solo
cilindro del motor como una bomba que aspira aire, a través
del colector.
INTRODUCION
Para obtener el mayor desempeño y eficiencia de un motor de
combustión interna es necesario sacarle todo el provecho al
combustible, esto se logra haciendo que el mismo nos
entregue toda su energía calorífica, para ello tiene que estar
completamente mezclado con el aire formando la mezcla aire/
combustible, que debería tener una relación estequiométrica
de 14.7. El aire ingresa en forma de flujo másico hacia el
colector de admisión desde la atmosfera, pasa por los
conductos hasta llegar al cilindro. El aire debe ingresar a
velocidad para lograr el completo llenado de lo cilindros, con
lo que lograremos una perfecta combustión, aprovechando
todo el combustible, obteniendo toda la potencia y eficiencia.
Se analizara al sistema como un modelo en el que el cilindro
actúa como una bomba que aspira el aire del exterior a través
del colector de admisión, regido por la apertura de la mariposa
de aceleración, la restricción del conducto, la capacitancia
neumática del colector, la fuerza en el pistón como entrada
cíclica, todos estos factores determinaran la cantidad de aire
que ingresa al cilindro.
MARCO TEORICO
Los conductos deben tener en parte una geometría que
propicie la turbulencia de la mezcla aire combustible, cuando
esta penetra ha la cámara de combustión a través de la válvula,
de igual manera los conductos deben asegurar que el flujo
másico no pierda su presión de entrada.
Los conductos de admisión anchos y cortos repercuten
favorablemente en la admisión de aire a altas rpm. Los tubos
largos y delgados mejoran la admisión a bajas rpm.
Análisis Matemático
El sistema de admisión se puede representar de la siguiente
manera:
Fig. 1.
Ecuaciones fundamentales:

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(1)
La ecuación 1 representa la función de trasferencia del sistema
que hemos modelado.
El flujo másico dirige hacia la cámara de combustión y
según sus condiciones va aportar de una manera que garantice
el desempeño de la combustión.
Analizando el flujo másico de salida del conducto hacia la
cámara de combustión del motor, podemos observar que
mientras más alto sea el valor del volumen del colector donde
se encuentra dispuesta la mariposa de aceleración menor va
ser el flujo másico de aire o mezcla aire/combustible.
Por lo que el análisis se tendrá que hacer en dos estados de
regímenes de funcionamiento del motor: régimen bajo y
régimen alto, de esta manera podremos notar la conveniencia
y comportamiento del sistema de admisión en los dos estados
transitorios y también determinar la cantidad de masa de aire
(ma) que ingresa al cilindro, este análisis se tiene que realizar
siguiendo el modelo esquematizado en la Fig.1; con las
diferentes nuevas entradas que se dan en la Tabla 1; para el
caso de regímenes bajos. Ahora haremos el análisis completo
del modelo que se representa a continuación:
(2)
La ecuación 2 representa la función de transferencia que
relaciona el flujo másico 1 con el flujo másico 2.
(3)
La ecuación 3 representa la relación entre la fuerza y m1.

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Régimen bajo: 1000 - 2500rpm
TPS 0% - 40% R1=0.8
T1 20 - 27ºC 25ºC
Tabla 1.
Régimen alto: 4000- 6000rpm
TPS 70% - 90% R1=0.3
T1 40 - 55ºC 50ºC
Tabla 2.
Simulación:
Régimen bajo – alto
CONCLUSIONES
Se puede decir que la capacitancia neumática en el
colector juega un factor importante para el llenado de los
cilindros, pero bajo ciertos regímenes de funcionamiento,
en estados transitorios.
Para lograr la eficiencia en el motor se necesita que el aire
o la mezcla aire/combustible tenga ciertas características
que se logran gracias a la turbulencia y velocidad con que
entra la mezcla hacia la cámara de combustión.
El pistón en el cilindro, actúa como un elemento que
aspira aire del exterior hacia el interior a través del
circuito del colector de admisión.
El volumen de el colector, incide en la calidad del flujo
másico ya sea de aire o de mezcla hacia la cámara de
combustión, por lo que entre menor sea este se conseguirá
una mayor calidad de la misma.

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Los conductos largos y delgados mejoran la admisión a
bajas revoluciones, mientras que los de mayor diámetro y
cortos mejoran la admisión a altas revoluciones.
REFERENCIAS
1. HTTP://WWW.NAIKONTUNING.COM/ARTICULOS/
SISTEMA-ADMISION-VARIABLE/
2. HTTP://DSPACE.UPS.EDU.EC/BITSTREAM/12345678
9/1151/2/CAPITULO%20I.PDF
3. HTTP://DSPACE.UPS.EDU.EC/BITSTREAM/12345678
9/1151/2/CAPITULO%20I.PDF
4. STEFANO GILLIERI, “PREPARACION DE
MOTORES DE SERIE PARA COMPETENCIA”. CEAC