Este documento describe los principios de la transferencia de calor en motores de combustión interna. Explica que la eficiencia térmica depende de operar el motor lo más caliente posible, y que la transferencia de calor ocurre principalmente a través de la convección y conducción. También analiza cómo variables como la velocidad, sincronización de la chispa, temperatura del aire y refrigerante, y materiales del motor afectan las temperaturas y transferencia de calor dentro del motor.

2. TRANSFERENCIA DE
CALOR EN MOTORES
CONSIDERACION Se debe usar un motor lo más caliente
posible para maximizar la eficiencia
térmica
DISTRIBUCION DE
ENERGIA
El flujo másico del combustible está
limitado por el flujo másico del aire
necesario para reaccionar con este
La eficiencia térmica al frenado da el
porcentaje de energía del combustible que
es convertido en trabajo útil entregado al
cigüeñal
Una parte de la eficiencia térmica
puede dividirse en pérdidas de calor,
cargas parasitas y lo que se pierde en el
flujo de escape
PERDIDAS Las pérdidas en este se dan cuando hay
entalpia, energía química o rozamiento
de piezas
Las pérdidas de calor tienen
variables como lo son:
Perdidas por material
Perdidas por aceite
Perdidas por el ambiente
Perdidas por
fricción: 10%
TRANSFERENCIA
DE CALOR EN LA
ADMISION
La mezcla aire combustible
pueden llegar a una
temperatura de 60°C
Las paredes del múltiple de admisión están más
calientes que los gases que fluyen, por lo tanto los
calienta por medio de la transferencia de calor por
convección
Algunos sistemas poseen superficies
calientes especialmente localizadas
llamadas hot-sopots
Como se evapora el combustible en el
colector de admisión, se enfría el flujo
alrededor por enfriamiento para
contrarrestar el calentamiento convectivo
TRANSFERENCIA DE
CALOR EN LA CAMARA
DE COMBUSTION
La convección y la conducción son los principales modos de
transferencia de calor para remover la energía de la cámara de
combustión y prevenir las paredes del cilindro de la fundición.

3. La temperatura del gas en la cámara de combustión
varía mucho en todo un ciclo del motor, porque que van
desde valores máximos durante la combustión a
mínimos durante la admisión.
El coeficiente de transferencia de calor por parte
del refrigerante de la pared será más o menos
constante, ya que depende de la velocidad del
liquido refrigerante.
La temperatura de las paredes no debe exceder valores
entre 180°C – 200°C para asegurar la estabilidad del
aceite refrigerante y también la resistencia estructural
de las paredes
Aunque las temperaturas del gas son muy altas, la
radiación de las paredes solo representan el 10% de la
transferencia total de calor en los motores de encendido
por chispa
Un gran porcentaje de la transferencia de calor por
radiación a las paredes ocurre al principio de la carrera de
potencia
Algunos motores modernos tienen pistones con sus caras
hechas de cerámica por lo que pueden trabajar a altas
temperaturas y de manera estable.
Para evitar la descomposición del aceite lubricante es
necesario mantener la temperatura en las paredes del
cilindro en valores máximos de 180°C y 200°C.
TRANSFERENCIA DE
CALOR EN EL EL
ESCAPE
CONSIDERACION Las pérdidas de calor del sistema de
escape afectan al turbocompresor y
a las emisiones
Las temperaturas de escape de los motores de CI
son más bajos debido a su mayor tasa de expansión
y están generalmente en el cargo de 200°C y 500°C

4. EFECTO DE VARIABLES DE
FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR
DEN TRANSFERENCIA DE CALOR
La transferencia de calor en un
motor depende de tantas variables
como lo pueden ser
Aire - combustible
Velocidad
Carga
Presión
Presión media efectiva
Sincronización de la chispa
Relación de compresión
Materiales
Tamaño
VELOCIDAD DEL MOTOR Cuando la velocidad del motor aumenta, la velocidad del
flujo de gas adentro y afuera del motor aumenta, con
resultados de aumento en la turbulencia y los coeficientes
de transferencia de calor por convección.
La transferencia de
calor ocurre durante
La carrera de admisión
Escape
Primera parte de la
carrera de compresión
La radiación en el cilindro durante la
combustión aunque es importante es
independiente de la velocidad.
La transferencia de calor durante la
combustión es por lo tanto constante
El tiempo del ciclo es menor a una
mayor velocidad, se produce a una
baja transferencia de calor por ciclo
Todas las temperaturas en estado
estacionario dentro de un motor
aumentan a medida que aumentan
la velocidad del motor.

5. A velocidades altas del motor, hay
menos tiempo por ciclo.
Significa menos tiempo para
experimentar la ignición y golpeteo
A más altas velocidades, las válvulas de
escape y puertos se calientan demasiado.
SINCRONIZACION DE LA
CHISPA
Más potencia y mayor temperatura
son generadas cuando la chispa se
ajusta para dar presión máxima
temperatura.
La temperatura oscila alrededor de
5°C y 10°C.
Con la chispa demasiado pronto o demasiado
tarde, la eficiencia de combustión y la
temperatura promedio será menor
La mayor producción de energía es adquirida
con el tiempo de encendido correcto, lo que
resulta que las válvulas de escape y el puerto
se caliente y la temperatura sea mayor.
TEMPERATURA DEL AIRE
DE ENTRADA
El aumento de la temperatura del aire de
entrada a un motor da resultados como:
Aumento de la temperatura durante todo el ciclo
Incremento en las perdidas de calor
Un aumento de 100°C en la temperatura de
entrada provocara un aumento de 10% al
15% en las perdidas de calor
TEMPERATURA DEL
REFRIGERANTE
El aumento de la temperatura del refrigerante del
motor da lugar a temperaturas más altas de todos
los componentes refrigerados.
MATERIALES DEL MOTOR Pistones de aluminio debido a su conductividad
térmica
Operan en un rango de temperatura de 30°C a
80°C.
Válvulas de escape de cerámica son algo que se
usa debido a su inercia de masa más baja y la
tolerancia a altas temperaturas