Sesion 13 motores

CURSO: MOTORES DE
COMBUSTION INTERNA
TEMA: Tipos de formacion de
mezcla y balance térmico
SEMANA: 13
Prof. Walter Valentín
1

SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE
COMBUSTIBLE

CAPACIDAD
TERMINAL
• Contrastan el
funcionamiento de
motores de combustión
interna.

COMPETENCIA ESPECÍFICA DE LA
SESIÓN
Al finalizar la sesión el
alumno analiza los tipos
de formación de la
mezcla y realiza un
balance térmico del
motor diesel.

CONTENIDOS A TRATAR
• Formación de la mezcla: Pulverización del combustible, influencia de los
diferentes factores en la pulverización del combustible y en la formación del
dardo, métodos de formación de la mezcla. Balance térmico.

MOTIVACIÓN
• https://www.youtube
.com/watch?v=21m
a2nyz0SQ
¡VAMOS, TÚ
PUEDES!

Muy Bien…
Es hora de comenzar

APLICACIÓN A LA VIDA REAL
• TRABAJO GRUPAL
• LLUVIA DE IDEAS
• OBSERVACIONES
• CONCLUSIONES

TIPOS DE FORMACIÓN DE LA
MEZCLA Y BALANCE TÉRMICO
DEL MOTOR DIESEL

Factores que intervienen en la
combustión
• Para que se produzca una combustión ideal, se tienen que cumplir además
varias premisas, como transformar el combustible líquido a estado gaseoso
o lo más atomizado posible, haciendo de esta manera que el aire y el
combustible se mezclen y alimenten la zona de ignición y combustión (En la
primera zona el aire y el combustible están íntimamente mezclados en
forma de gas mientras que en la segunda zona es más heterogénea la
mezcla)
• La ignición del combustible se produce cuando las gotas de éste, finamente
formadas están a una temperatura suficiente dentro de la cámara de
combustión. No obstante, si no se dan las condiciones adecuadas (Por
ejemplo: gotas muy grandes, poca cantidad de oxígeno o temperatura
insuficiente) el combustible se quemará parcialmente, es decir, se oxidará
formando partículas carbonosas y otros contaminantes que pueden llegar a
depositarse sobre las paredes de la cámara de combustión, complicando
las combustiones posteriores.

Entre los factores a cumplirse se encuentran:
• Pulverización del combustible: Mientras mejor sea la pulverización de combustible,
mejor se combustionará éste, ya que las partículas de combustible serán de menor
tamaño y por ende habrá mayor superficie de contacto entre el mismo y el
comburente (En este caso, aire a alta presión y por ende a alta temperatura). Si la
presión de inyección es baja, las gotas son grandes y presentan una menor
superficie de contacto, tardando más en combustionarse. Si en cambio la presión es
lo suficientemente alta, las gotas serán más finas y por ende tendrán mayor
superficie de contacto, quemándose en menos tiempo. Esto se evidencia por el
hecho de que la gota de combustible se combustiona únicamente en su capa exterior
(La que está en contacto con el aire), mientras que su interior, por carecer del
comburente necesario, permanece sin combustionarse.
• Tiempo de residencia: Es el tiempo que la que mezcla aire-combustible permanece
dentro de la cámara de combustión. En ese tiempo dicha mezcla debe poder
quemarse completamente.
• Turbulencia: Es uno de los factores más cruciales de una buena combustión. Si el
aire se mueve habrá una renovación continua de la atmósfera inerte que rodea a la
gota de combustible, encontrando ésta la cantidad de aire nuevo necesario para
facilitar la rápida combustión de sus respectivas "capas". Los fabricantes tratan
siempre de mejorar la turbulencia a través del diseño de la cámara de combustión,
del cielo del pistón, del múltiple de admisión, a través de la inclusión de cámaras de
preturbulencia.

• No obstante, la turbulencia en exceso también hace bajar la temperatura de la cámara de
combustión en exceso; si fuera posible aumentar la turbulencia a la vez que mantener
estable la temperatura mínima necesaria -y por ende, también la presión- se obtendría
una mayor reducción del retraso del encendido.
• La turbulencia se puede conseguir mediante varios métodos, entre los cuales se cuentan:
• 1º. En los motores de dos tiempo, haciendo que las lumbreras de aire de barrido estén
orientadas hacia la periferia superior de la cámara de combustión, en sentido inclinado al
eje del cilindro, dotando de esta manera al aire de un movimiento tangencial ascendente
y rotatorio, que continúa durante los períodos de compresión y combustión.
• 2º. En ambos tipos de motores, dándoles formas especiales a la cámara de combustión y
a la cabeza del émbolo, lo cual tiene a producir una compresión desigual, que tiende a
producir durante el período de compresión un movimiento de torbellino en el aire que se
comprime, el cual continúa luego durante el periódo de combustión. Se puede también
agregar deflectores en el cielo del pistón que, enfrentados al ingreso del aire, provocan
en éste el deseado efecto de turbulencia.
• 3º. En algunos motores de cuatro tiempos se dota de una visera vertical a la cabeza de la
válvula de admisión, de forma tal que se realiza el ingreso de aire de forma tangencial
hacia las paredes del ciindro, provocando así un movimiento de torbellino en el aire. Esto
trae consigo una merma en la cantidad de comburente que ingresa, pero se compensa
con la mejora en la turbulencia obtenida. (Tener en cuenta que esta clase de motores
suele trabajar con un amplio exceso de aire, por ende, no se perjudica demasiado a la
combustión el hecho de que disminuya un poco la cantidad de aire ingresado)

• 4º. Mediante el empleo de cámaras de precombustión, o de cámaras de aire auxiliares.
• Temperatura de la cámara de combustión: Es fundamental para obtener una buena combustión. Pero
hay que tener en cuenta que temperaturas demasiado altas generan un exceso de óxido de nitrógeno,
mientras que si son demasiado bajas aumentan las emisiones de hidrocarburos no quemados
(combustión incompleta), y de monóxidos de carbono.
• Calidad del combustible: Es necesario que su rendimiento sea de al menos diez kilocalorías por
kilogramo, el porcentaje de residuos no combustibles no puede superar el 0,5 %.
• Densidad específica del combustible diésel: Cuanto más alta sea la densidad, más pesado será el
combustible. Los combustible más pesados producen más energía o potencia (por volumen) del motor.
• Peso específico del combustible diésel: A mayor peso específico, mayor energía tendrá el combustible,
situándose su límite en 0,82 kg/dm³ (aprox.)
• Viscosidad: Definida como la resistencia que tienen las partículas de un fluido a deslizarse entre sí. Si
es excesiva se dificulta el funcionamiento de la bomba inyectora y del inyector, y si es escasa dificulta
la estanqueidad de las bombas y el auto engrase de las mismas y del inyector.
• Cetano: Este índice determina la capacidad de autodetonación del diésel. A un índice elevado
corresponde un menor retardo de la combustión. Ésta capacidad se puede mejorar mediante aditivos
agregados al combustible.
• Impurezas: La presencia de partículas extrañas tales como agua, azufre, plomo y cenizas afecta al
funcionamiento del motor dado que el azufre forma ácidos y bases muy corrosivas, el plomo ayuda a la
lubricación, pero es muy contaminante, las cenizas pueden erosionar las piezas y el agua ayuda en
parte a la combustión liberando átomos de oxígeno, pero también corroe a las piezas.
• Es de destacar que existen numerosos factores que afectan a la combustión aparte de los ya
mencionados, como por ejemplo: la cantidad de revoluciones por minuto, si el motor de es 2 o de 4
tiempos, estado de la carga, hermeticidad de la cámara de combustión (Es importante el estado de los
aros del pistón), carbonización de la cámara, aceite, etc.

Factores que determinan el
anticipo a la inyección
• En un motor ideal, la combustión se logra de forma instantánea. No obstante, en la
práctica es imposible lograr un motor ideal, sino que hay que prever diversos
inconvenientes que por causa de la física se presentarán obligatoriamente durante el
proceso de inyección y combustión. Dichos inconvenientes constituyen los factores
que determinan una modificación en la cantidad de grados que hay que adelantar en
los camiones para así compensar dichos factores adelantando la inyección. Esos
factores son:
• Retraso mecánico: El combustible tarda un tiempo -de unos cuantos milisegundos-
en salir desde el orificio de la tobera hasta llegar al lugar de la cámara de combustión
en donde va a darse su ignición.
• Retraso químico: El combustible tarda un período de tiempo más -también de unos
milisegundos- en tomar la temperatura adecuada para poder comenzar a quemarse.
• Retraso de la combustión: El combustible tarda un tiempo en quemarse.
• Estos tres factores enunciados (Otros ingenieros e investigadores hablan de la
existencia de en realidad cuatro o hasta cinco factores) determinan el anticipo a la
inyección en motores diésel.

Los métodos de formación de la
mezcla pueden ser:
• Volumétrico: El combustible se introduce en estado de gotas de líquido
finalmente pulverizadas, directamente a la carga de aire de la cámara de
combustión, donde después se evapora y mezcla con el aire, forma la
mezcla aire – combustible, y solo una parte de este se suministra en forma
pelicular sobre las paredes.
• Pelicular: La parte fundamental del combustible se inyecta sobre las
paredes de la cámara de combustión y bajo la acción del movimiento
organizado de la carga se extiende en una fina película sobre su superficie.
Después, a cuenta de la intensa evaporación, esta película de combustible
se mezcla con el aire y seguidamente se introduce en la zona de la
combustión
• Volumétrico – pelicular: La mezcla de aire combustible se prepara
simultáneamente por los métodos volumétrico y pelicular. Este método de
obtener la mezcla inflamable tiene lugar prácticamente en todos los diesel y
puede estudiarse como un caso general de formación de la mezcla.

Balance térmico del motor
diesel
• En cualquier motor noe s posible aprovechar todo el
calor producido durante lka combustión de la mezcla,
solamente una parte de este calor se transforma en
trabajo mecánico. Con el fin de conocer la distibuciób
del calor producido se hacen los balances térmicos de
los motores. Generalmente hay 2 tipoos de balabnces:
exterior e interior.
• Prácticamente solo del 25 al 40% del calor producido se
ttransforma en trabajo efectivo y del 60 al 75% se pierde
por varias razones.

BALANCE TÉRMICO EXTERIOR:
• Este balance se basa en las mediciones de energía mecánica y térmica restituida por
el motor al exterior. Por la facilidad de obtención de este balance se usa muy
frecuentemente para determinar un balance térmico del motor.
• La ecuación general es:
• En esta ecuación falta las pérdidas mecánicas del motor, que contiene el calor por
pérdidas por fricción de los pistones con cilindros y otras pérdidas no especificadas.

• La ecuación porcentual es:
• El balance térmico se realiza e investiga en un equilibrio térmico del motor bajo
condiciones determinadas de su trabajo. Para obtener la imagen llena de distribución
del calor en motor, esos balances se determinan en condiciones diferentes del
trabajo. Hay 2 métodos de determinación del balance exterior:
• 1. Por mediciones exactas de varios parámetros durante el trabajo del motor.-
• 2. Por el cálculo de los valores aproximados en base a la teoría de transferencia de
calor.

BALANCE TÉRMICO INTERIOR
• Se determina directamente en el cilindro del motor y se basa en el diagrama del
indicador hecho muy exactamente. Este tipo de balance de la posibilidad de conocer
mucho mejor el trabajo del motor y la influencia de varios parámetros sobre su
funcionamiento. Pero el balance térmico interior es mucho mas costoso, por la
necesidad de disponer de equipo de medición especial que es muy caro . La
ecuación general del balance térmico interior es:

¿QUÉ HAREMOS LA
PRÓXIMA CLASE?
Control de emision de gases

Para siguiente clase:
• Leer Texto subido a classroom, ver video
y responder cuestionario calificado.
• Bibliografia:
• Muñoz Mariano (2008). Motores alternativos de combustión interna. Zaragoza: Prensas
Universitarias de Zaragoza (629.2/M96).
•
• Ocaña Antonio (2000). Tratado del Automóvil. Madrid: CIE Inversiones (629.2/O27).
•
• Payri Francisco (2011). Motores de combsutión interna alternativos. Barcelona: Reverté
(629.2/P32).
•
• BOSCH S.A. (1992) Manual de la técnica del automóvil. Barcelona: Reverté (629.2/B/1992).
•
• Deere, John (1980) Transmisiones de fuerza. Fundamentos de servicio. Illinois: Deere & Co.
(629.2/J/T).

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