CAPÍTULO III

COMBUSTIBLES

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MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA(1)

Como el tema a tratar en este capitulo se orientará, más que nada, a lo relacionado con motores de combustión interna, a continuación se dará una breve explicación del principio de funcionamiento de dichos motores, su clasificación y algunos conceptos importantes que se deben tener en cuenta.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Los motores de accionamiento que más se emplean en los automóviles son los de combustión interna. Generan su potencia por transformación de la energía química contenida en el combustible en calor y la de este en trabajo mecánico.

La transformación de la energía química en calor se realiza por combustión; la de la energía calorífica en trabajo mecánico por su transmisión a un medio de trabajo, cuya presión aumenta y la consiguiente expansión produce trabajo.

Como medios de trabajo se utilizan líquidos que por transformación de fase (vaporización) o gases que al comprimirlos aumentan la presión de trabajo en cuestión.

Para la combustión de los combustibles, que en su mayoría son hidrocarburos, se precisa oxígeno, que normalmente se introduce con aire.

Si la combustión tiene lugar en el propio espacio de trabajo, se denomina combustión interna. En ese caso los gases de la combustión se utilizan directamente como medio de trabajo.

CLASIFICACIÓN

La clasificación de los motores de combustión interna en motores Otto y motores Diesel obedece a los procedimientos de trabajo en el encendido y en la formación de la mezcla exigidos por las clases de combustible.

Los motores Otto son accionados preferentemente con combustible ligero (gasolina). La combustión en el cilindro es provocada por un encendido ajeno, independiente.

Los motores Diesel son accionados preferentemente con combustible pesado (Diesel Oil). La combustión en el cilindro se realiza por autoencendido.

En los motores Otto y en los Diesel se distingue, según sea el modo de trabajar en el cambio de los gases quemados y los nuevos, entre motores de cuatro tiempos y motores de dos tiempos.

Si el intercambio de gas a cada vuelta del cigüeñal al final de la expansión tiene lugar en la zona del punto muerto inferior (PMI), se habla del sistema de dos tiempos. Estos motores necesitan para la realización de una fase de trabajo dos carreras de émbolo, es decir, una revolución del cigüeñal.

Si se introduce entre cada tiempo de combustión un tiempo de intercambio de gas aparte, compuesto de carrera de expulsión y carrera de admisión, se habla entonces de motor de cuatro tiempos. Estos motores necesitan para la realización de una fase de trabajo cuatro tiempos, que suponen cuatro carreras de émbolo o, lo que es igual, dos revoluciones del cigüeñal.

1(?) Véase: “Manual de la Técnica del Automóvil”, BOSCH, 3ª Edición, Editorial REVERTÉ, S.A., 1996.

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Según la clase de refrigeración, se distingue entre motores refrigerados por líquido o motores refrigerados por aire; según sea la disposición de los cilindros, los motores pueden ser motores con cilindros en línea, motores con cilindros opuestos o motores con cilindros en V (ver Fig. 1) y finalmente se tiene, según el movimiento del émbolo, motores con émbolo de elevación y motores de émbolo rotatorio.

Esfuerzo de los motores rápidos. El motor moderno del automóvil es claramente un motor de marcha rápida. Unicamente así puede satisfacer las exigencias de una gran potencia con peso y volumen relativamente pequeños.

Los números de revoluciones por término medio varían, para motores Otto de vehículos de turismo entre 4.000 y 6.000 r.p.m., para motores Diesel de camión entre 2000 y 4000 r.p.m. y para motores Otto de motocicleta entre 4.500 y 8.000 r.p.m.

Si por ejemplo, el número de revoluciones de un motor Otto de cuatro tiempos de un vehículo de turismo es 4.800 r.p.m., se dispone para cada revolución de 60/4800 = 1/80 segundos de tiempo. Para el ciclo de trabajo = 2 revoluciones se invierte un tiempo de 1/40 segundos y para una carrera el tiempo es de 1/60 segundos.

En este pequeño espacio de tiempo tienen que ser llenados los cilindros del motor con gas nuevo o quemarse estos gases y dilatarse o ser eliminados de los cilindros los gases quemados. Correspondiéndose con estos procesos tan sumamente rápidos se mueven los gases nuevos en los cilindros con puntos de velocidad de más de 300 km/h y los gases quemados los abandonan con velocidades aproximadamente iguales. En un motor a 4.800 r.p.m. tienen que realizarse en cada minuto 2.400 ciclos en cada cilindro con exactitud siempre igual. A todo esto las temperaturas varían en cada cilindro, y en cada ciclo de trabajo, desde los 100 ºC hasta los 2000 ºC y las presiones de los gases pasan desde una ligera depresión hasta presiones de 40 atm y más. De acuerdo con esto, las piezas del motor están expuestas a grandes solicitaciones térmicas y mecánicas. Así, por ejemplo, los platos de válvula expuestas especialmente a los gases quemados, calientes, han de aguantar en estado térmico al rojo (más de 600 ºC) de modo seguro las altas solicitaciones mecánicas que se presentan en la apertura y cierre de las válvulas. En virtud de la presión de combustión de unas 40 atm actúan bruscamente sobre cada émbolo, según sea su diámetro, esfuerzos que van desde los 1.400 kp hasta los 3000 kp.

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Motor en línea

Motor de cilindros opuestos

Motor en V

Fig. 1: Clasificación según el modo de estar dispuestos los cilindros Figura extraída del libro: “Tecnología del Automóvil”, H. Gerschler, Ed. Reverté S.A., 1978.

Cada émbolo del motor es cargado, por lo tanto, 2.400 veces por minuto con un peso de 1 ½ a 2 veces el de todo el peso del vehículo.

De todo esto se deducen las grandes cargas a que se someten los materiales, y las grandes exigencias en cuanto a precisión de fabricación, en cuanto al montaje y en cuanto a mantenimiento que son necesarias en los motores rápidos para que pueda garantizarse un funcionamiento seguro.

El motor Otto de cuatro tiempos

Se entiende por motor Otto el de pistones con formación de mezcla homogénea, interior o exterior y encendido externo. La mezcla homogénea de aire/combustible se comprime luego en el tiempo de compresión a unas 20 a 40 atm (Relación de compresión Rc ó = 7 a 12). La temperatura final resultante de la compresión, de 400 a 500 ºC, queda todavía por debajo de los límites de autoencendido de la mezcla, por lo que poco antes del punto muerto superior (PMS) hay que encenderla con una chispa.

La combustión consiguiente y de ella el rendimiento de potencia, dependen esencialmente de la velocidad de inflamación que se pueda conseguir y con ello de la duración de la combustión.

Formación de mezcla

La misión del sistema de formación de mezcla es producir mezclas de aire/combustible combustibles y homogéneas. Sin embargo, sólo pueden ser homogéneas las mezclas de gas o gas-vapor, es decir, todo el carburante debe ser vaporizado antes del encendido. Si no se puede conseguir completamente la vaporización del carburante, por ejemplo en el arranque en frío, porque las temperaturas necesarias para ello son demasiado bajas, hay que añadir tanto más combustible para que la fracción de este que se vaporiza lleve a una relación aire/combustible que sea combustible (enriquecimiento de la mezcla en el arranque en frío).

La formación de la mezcla debe realizarse de forma que se produzcan variaciones mínimas en la relación aire/combustible, de un cilindro a otro y de un ciclo a otro.

Los motores con carburador y los de inyección pueden realizar esta exigencia con diversas ventajas y muestran en el campo característico del motor comportamientos opuestos. La mariposa de estrangulamiento que se emplea ocasiona, en el campo inferior de la carga, en el punto de entrada del equipo de formación de la mezcla del carburador, una distribución desigual del aire y con ello del llenado del cilindro (en la instalación de formación de mezcla monopunto de un carburador o de una instalación de inyección monopunto o central, ocurre de forma similar). Sin embargo, la presión descendente del tubo de aspiración tiene un efecto positivo en la proporción de carburante y con ello en la composición de la mezcla de cilindro a cilindro; es decir que resultan llenados diferentes de los cilindros a relación constante de aire/combustible (coeficiente aire) . Al aumentar la carga, es decir, al aumentar la presión en el tubo de aspiración, aumenta la desigualdad del reparto de la mezcla, debido a que proporciona gotas de combustible.

En la inyección secuencial en el tubo de aspiración o directa, la variación cuantitativa relativa, de cilindro a cilindro, en la zona inferior de carga resulta más desfavorable. Puesto que simultáneamente en la zona inferior del campo característico el reparto de aire en los distintos cilindros es irregular, se produce una mayor diferencia en la distribución de aire/combustible a los cilindros. Al aumentar la carga y obtenerse con ello una mejor distribución del aire, la variación de es menor. En general, la preparación es parejamente buena en todo el campo de funcionamiento.

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En ambos sistemas, para el arranque en frío y durante la fase de marcha en caliente, debe corregirse la mezcla por enriquecimiento.

Proceso de la combustión

Los cuatro tiempos del ciclo de trabajo son: aspiración, compresión, trabajo y expulsión (ver Fig. 2).

1er tiempo – Aspiración: Al descender el émbolo se presenta en virtud del agrandamiento del espacio una depresión que varía de 0,1 atm a 0,2 atm y con ello se produce una acción de aspiración. Esto ocasiona que se forme una mezcla aire/combustible (mezcla fresca) capaz de arder y que esta mezcla pase a través de la válvula de aspiración (VA) al interior del cilindro. Con objeto de aprovechar lo más posible esa energía circulatoria, se abre la VA ya poco antes del PMI. Aún cuando por el ángulo de entrada y salida de la VA resulta alargado el tiempo de aspiración, el llenado de gas fresco no llega más que, aproximadamente, al 75 a 85% (dependiendo del tipo de motor) del peso de gas que debería corresponder, en el caso de equilibrado de presiones, al volumen de la embolada. En el motor calentado por el funcionamiento, la temperatura de los gases frescos en el cilindro sube a 100 ºC.

2o tiempo – Compresión: Al subir el émbolo, el gas fresco es comprimido hasta la 7ª a 12ª parte de la capacidad original del cilindro (Cilindrada Unitaria (CU)) = Cilindrada (Volumen del cilindro (Vc)) + Volumen de la cámara de combustión (Vcc). Con esto se produce una temperatura de compresión de 400 ºC a 500 ºC y correlativamente una presión de compresión de 10 atm a 16 atm.

La compresión fomenta la mayor vaporización del combustible y la intima mezcla con el aire. De este nodo se prepara la combustión de manera que en el tercer tiempo pueda realizarse muy rápidamente y tan completamente como sea posible.

3er tiempo – Trabajo (combustión y expansión): La combustión se realiza en virtud del salto de chispa de encendido entre los electrodos de la bujía. El espacio de tiempo comprendido entre el salto de la chispa y el total desarrollo de un frente de llama es de

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VA VEabierta cerrada

VA VEcerrada cerrada

VA VEcerrada cerrada

VA VEcerrada abierta

VA = válvula de admisión VE = válvula de escape

PMS PMSPMS PMS = punto muerto superior

PMI PMIPMI PMI = punto muerto inferior1.ª revolución 2.ª revolución

aspiración compresión trabajo expulsión

Fig. 2: Los cuatro tiempos de un ciclo de trabajo (simplificado) Figura extraída del libro: “Tecnología del Automóvil”, H. Gerschler, Ed. Reverté S.A., 1978.

unos 1/1.000 de segundo. Por este motivo la chispa de encendido debe saltar, según el número de revoluciones del motor entre 0º y 40º antes del PMS con objeto de que la combustión que se produce, a modo de explosión, alcance poco después del PMS su máxima temperatura de 2.000 ºC a 2.500 ºC y la correspondiente presión de combustión llegue desde 20 atm hasta más de 40 atm. La gran parte del tiempo restante queda entonces disponible para la dilatación de los gases de combustión que están sometidos a una fuerte tensión de compresión. Con el movimiento de descenso del émbolo hasta el PMI se transforma la energía térmica en trabajo mecánico. Hasta el final de este tercer tiempo disminuyen la presión y la temperatura a unas 4 a 5 atm y a 900 ºC a 800 ºC, respectivamente.

4o tiempo – Expulsión: Con objeto de descargar el mecanismo cigüeñal en el PMI, la válvula de escape (VE) abre ya a 40º o 60º antes del PMI. Los gases quemados escapan del cilindro con velocidad muy grande. En la subida del émbolo, el resto de gas quemado es expulsado a una presión de remanso de unas 0,2 atm. Con el fin de favorecer la salida de los gases viejos la válvula de escape no cierra sino hasta poco después de pasado el PMS, al par que la VA esta ya abierta. A esta posición se le conoce como “punto de solapamiento”. El solape de los tiempos de válvula favorece adicionalmente el vaciado y la refrigeración de la cámara de combustión.

Limitación de la relación de compresión

Cuanto mayor es la relación de compresión de un motor Otto tanto mayor es el aprovechamiento de la energía del combustible y con ello el rendimiento del motor.

Esto se deduce claramente en la siguiente confrontación:

Relación de compresión = 7 = 9Presión final de compresión 10 atm 16 atmPresión máxima de combustión 30 atm 42 atmPresión al abrir la VE 4 atm 3 atm

A pesar del notablemente mayor trabajo de compresión que se tiene en el caso de = 9, nos da el aprovechamiento de la importante elevación del salto de presión para igual llenado de gas nuevo un aumento de trabajo o de potencia de más del 10%.

Con relación de compresión creciente sube empero también la temperatura de compresión en la comparación anterior desde aproximadamente unos 400 ºC a unos 500 ºC. Según sea el combustible puede presentarse ya a esas temperaturas el autoencendido. Este autoencendido incontrolado que produce la inflamación simultanea en varios núcleos de ignición conduce a una combustión acelerada y brusca con presiones fuertemente crecientes. Este proceso recibe el nombre de detonación del combustible a causa de los bruscos u duros ruidos a que va unido. Este fenómeno conduce por un lado a deterioros en los cojinetes y por otro a una disminución de potencia. Como este fenómeno, también llamado “picado”, tiene que evitarse a toda costa, la relación de compresión tiene un límite superior.

Además de por el empleo de un combustible inadecuado, el picado puede estar producido también por un encendido demasiado prematuro o por un recalentamiento local (por ejemplo, debido a depósitos de aceite carbonizado en la cámara de combustión o en los platos de las válvulas).

Diagrama de mando. Si se disponen los tiempos de apertura y cierre de las válvulas de admisión y de escape como ángulo de la rotación del cigüeñal en grados, se obtiene el diagrama de mando o de maniobra (Fig. 3) que nos da una visión sobre los tiempos de maniobra de las válvulas y el “solape” de las mismas. Los tiempos de apertura de las válvulas y la forma de las levas de mando se determinan para cada tipo constructivo

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mediante ensayos de tal modo que el motor de la potencia máxima posible. Como los tiempos de maniobra de los distintos modelos constructivos se diferencian en cuanto a los ángulos muy notablemente entre sí, no pueden darse más que valores medios (Fig. 3). Por regla general, los ángulos desde la apertura de la válvula hasta su cierre son tanto más grandes cuanto más elevado es el número de revoluciones del motor.

El motor Diesel de cuatro tiempos

El motor Diesel es una máquina de combustión interna, de alta compresión, que realiza el encendido por sí misma. El combustible es encendido por el calor generado por la alta compresión, y no se requiere una bujía eléctrica. El ciclo Diesel consiste en: Carga de cámara de combustión con aire; Compresión del aire; Inyección del combustible, el cual se enciende espontáneamente; Expansión de los gases de la combustión y por último expulsión de dichos gases.

En los motores de encendido por compresión las relaciones de compresión se encuentran entre 11,5:1 y 22:1.

Los motores Diesel varían enormemente en: Tamaño, Potencia, y Velocidad de operación. Mientras algunos motores, de un sólo cilindro, entregan unos pocos caballos de fuerza (H.P.), en el otro extremo hay motores que poseen cilindros tan grandes como los de 1.050 mm (41.34”) de diámetro, que entregan varios miles de caballos de fuerza por cilindro. El tamaño y la potencia continúan en aumento. Las velocidades de operación son también diversas partiendo desde menos de 100 r.p.m. en algunos grandes motores hasta 4.000 r.p.m. o más para los que son usados en automóviles y otros vehículos.

Los motores Diesel están ahora totalmente establecidos en todos los medios de transporte de superficie, como así también en la generación de energía y bombeo.

La gama completa de motores Diesel puede ser dividida dentro de tres amplios grupos de clasificación, indicada en la tabla Nº1:

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Fig. 3: Diagrama de mando de un motor Otto de cuatro tiempos

Solape de la acción de las válvulas

PMS0º...40º desde PMS

Aspiración

Trabajo Compresión

Expulsión

PMI

Ac

Ea

Aa

Ec

VA abre (Aa) 0º...30º antes del PMSVA cierra (Ac) 40º...60º después del PMIVE abre (Ea) 40º...60º antes del PMIVE cierra (Ec) 5º...30º después del PMS

Figura extraída del libro: “Tecnología del Automóvil”, H. Gerschler, Ed. Reverté S.A., 1978.

Tabla Nº1: Clasificación de los motores Diesel

Clasificación Rango de velocidad Condiciones de servicio Aplicaciones típicas

Baja velocidad

Velocidad media

Alta velocidad

Menos de 300 r.p.m.

De 300 a 1000 r.p.m.

1000 r.p.m. o más

Carga pesada sostenida, velocidad constante

Carga bastante alta y velocidad relativamente constante

Frecuente y amplia variación de carga y velocidad

Propulsión marina; generación de energía eléctrica

Motores marinos auxiliares; generadores estacionarios; unidades de bombeo

Vehículos de transporte de ruta y fuera de ruta; locomotoras de ferrocarril

La selección de un combustible apropiado para motores Diesel, no es un procedimiento simple y depende de varios factores, de los cuales los más importantes son:

Tamaño y diseño del motor Rangos de velocidad y cargas de funcionamiento Frecuencia de los cambios de carga y velocidad Condiciones atmosféricas Precio del combustible y disponibilidad del mismo Consideraciones de mantenimiento

Cada uno de los factores antes mencionados juegan un rol en la selección del combustible, y la relativa influencia de cada factor esta determinada por la aplicación especifica y la instalación involucrada.

Proceso de combustión

El combustible pasa a través de las siguientes etapas:

Almacenamiento, bombeo y manipulado Filtrado Calentamiento (si fuera necesario) Atomización y mezcla con aire Combustión Entrega de su potencia Intercambio de calor y escape

Las propiedades del combustible controlan la performance en estos procesos e influyen particularmente en la combustión y en la resultante extracción de energía.

En cualquier proceso de combustión, existen tres requerimientos básicos:

Formación de la mezcla aire/combustible Ignición de dicha mezcla Combustión completa de la mezcla

Previamente a la inyección del combustible, sólo se comprime aire que es elevado a alta temperatura durante la carrera de compresión. La presión final de compresión y la temperatura del aire resultantes, podrían variar según factores, tales como: relación de compresión, velocidad, y diseño del motor; pero valores tales como

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31,6 kg/cm2 (450 psi) y una temperatura de 538 ºC (1000 ºF), son representativos del trabajo de compresión en un motor Diesel. Poco tiempo antes del final de la compresión, en un punto controlado por el sistema de distribución, se introduce en la cámara de combustión una o más inyecciones de combustible.

La ignición no ocurre inmediatamente después de la inyección. Las gotitas de combustible absorben calor del aire comprimido. Esto es necesario para la vaporización y para incrementar la eficiencia. La duración del periodo de retardo entre la inyección y la ignición es controlada por el tipo de diseño del motor, las temperaturas del aire y del combustible en la aspiración, el grado de atomización del combustible y composición del mismo. Este periodo de retraso es conocido comúnmente como “atraso de ignición” o “retardo de ignición”.

La mezcla aire/combustible finalmente alcanza una temperatura a la cual la auto-ignición tiene lugar y la llama comienza su propagación. La inyección de combustible continua durante este tiempo. Por esta razón, el atraso de ignición debe ser corto; por el contrario, si el atraso de ignición es demasiado grande, por ejemplo en el caso de motor frío, de incorrecto principio de la inyección o de combustible “perezoso” a la inflamación (índice bajo de cetano) se presenta el perjudicial “golpeteo Diesel” (Diesel Knock). El “golpeteo Diesel” es causado por una muy rápida quema de combustible o detonación de relativamente grandes cantidades de combustible acumuladas en el cilindro antes que comience la combustión. Una vez que la llama se ha iniciado totalmente, el único combustible en el cilindro es el que se inyecta dentro de la mezcla que se está quemando. Este combustible arde casi instantáneamente.

La parte final del ciclo de combustión es la finalización del quemado después que la inyección ha terminado, y la posterior expulsión de los gases de escape.

El compromiso óptimo entre consumo de combustible, emisiones y ruido (golpeteo Diesel) del motor Diesel exige la exactitud del comienzo de la inyección a aproximadamente + 1º de ángulo de cigüeñal.

La cantidad de combustible, la velocidad a la cual es inyectado dentro del motor, la distribución y duración del periodo de inyección son controlados por la leva de comando de la bomba de inyección.

La bomba entrega el combustible a los inyectores con una presión, en el momento de la inyección, que varía entre 130 y 2.100 kg/cm2 (1.800 y 3.000 psi), dependiendo del tipo de diseño del equipo de inyección. La cantidad de combustible a inyectar para ajustarse a las diferentes condiciones de velocidad y/o carga, usualmente está dada por un regulador, el cual regula la entrada de combustible a las cámaras de combustión en una relación máxima preestablecida hasta que la nueva condición es alcanzada. El regulador está ajustado para evitar la emisión de humo negro causado por una excesiva cantidad de combustible.

El aire que puede ser suministrado a un motor está determinado por las condiciones de diseño. La cantidad eficientemente utilizada de este aire determina la relación óptima de inyección de combustible y por lo tanto la potencia máxima entregada por el motor. Debajo de este máximo, la potencia es controlada solamente por la cantidad de combustible suministrada. Aumentar la presión del aire de admisión es una de las formas usadas para aumentar la cantidad de aire suministrada al motor, sin tener que aumentar su tamaño. Se usa un compresor, acoplado directamente al eje cigüeñal (un sobrecargador), o accionado por una turbina que aprovecha la energía calórica de los gases de escape (un turbocargador), para aumentar la cantidad de aire de combustión disponible. Consecuentemente el motor es capaz de quemar mayor cantidad de combustible y la potencia aumenta hasta en el orden del 50%, siendo esto posible sin exceder el nivel normal de humo en el escape.

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Por último, la cantidad de combustible a quemar está limitada por las tensiones térmicas y mecánicas que puedan tolerar los componentes del motor.

CONCEPTOS IMPORTANTES

Relación aire/combustible. Para la combustión completa del combustible hacen falta 14,7 kg de aire por cada kg de combustible. Para caracterizar la composición de la mezcla se ha definido el coeficiente (Lambda).

En una relación estequiométrica aire/combustible el coeficiente

= = 1

Una mezcla pobre contiene ( 1) más aire, una mezcla rica ( 1) menos aire.

La relación aire/combustible determina de manera decisiva el comportamiento de funcionamiento del motor.

El par máximo de giro y un giro redondo o equilibrado del motor se obtiene con = 0,9, sin embargo con este coeficiente son desfavorables las emisiones de HC y de CO y el consumo especifico de combustible. Con = 0,5 se alcanza el límite de funcionamiento rico y con 1,3 a 1,5 el límite pobre. Antes se ajustaban por eso los motores en la carga parcial aproximadamente con = 1,1 (consumo de combustible), a plena carga más rico (potencia) y al ralentí aproximadamente con =1 (suavidad de marcha). Para alcanzar la más favorable transformación de las emisiones brutas del motor en el catalizador de tres vías y con ello cumplir con valores límites de los gases de escape, hoy en día casi todos los motores funcionan con una relación estequiométrica de aire = 1. Los nuevos conceptos de mezclas pobres que permiten el funcionamiento hasta con = 1,6, mediante torsión de la admisión y turbulencias de la mezcla, dan como resultado una ventaja clara en el consumo frente a los conceptos con = 1.

En comparación con el motor Otto, los motores Diesel trabajan con un combustible, como ya se sabe, que hierve más difícilmente, preparan la mezcla de aire/combustible hasta el comienzo de la combustión en un tiempo menor y alcanzan así una mezcla menos homogénea. Trabajan siempre con un exceso de aire ( 1). Si el exceso de aire no es suficiente, aumentan las emisiones de hollín, monóxido de carbono (CO) y de hidrocarburos (HC).

Cilindrada unitaria (CU)

Es la capacidad que posee el cilindro en la carrera del pistón entre el PMS y el PMI.

CU = * h donde: h es la altura del cilindro 4 es el diámetro del cilindro

Relación de compresión (Rc)

Es las veces que está contenida la cámara de combustión en la CU más la cámara de combustión (ver Fig. 4).

Rc = donde: Vc es el volumen del cilindro Vcc Vcc es el volumen de la cámara de combustión

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Coeficiente de aire aportado

Requerimiento teórico

* 2

Vc + Vcc

Vc

Vcc

Car

rera

PMI

PMS

PMI

PMS

Fig. 4: Relación de compresión

(epsilon) = Rc = relación de compresión Vc = cilindrada o volumen del cilindroVcc = volumen de la cámara de combustión

Vc + Vcc

Rc = Vcc

Figura extraída del libro: “Tecnología del Automóvil”, H. Gerschler, Ed. Reverté S.A., 1978.

MAGNITUDES CARACTERÍSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES

PODER CALORÍFICO

El poder calorífico no es más que el contenido de energía del combustible. Éste varía según la razón entre las cantidades de hidrógeno y carbono. Cuanto mayor es la cantidad de hidrógeno, mayor es el poder calorífico o energía interna específica, dado que ésta vale para el hidrógeno 120,16 kJ/kg (28700 kcal/kg), mientras que para el carbón vale 34,08 kJ/kg (8140 kcal/kg).

Uno de los productos de la combustión es el agua; según que esta se encuentre en estado líquido o en estado de vapor, varía el valor del poder calorífico del combustible. Se tiene por lo tanto dos poderes caloríficos:

El poder calorífico superior es la cantidad de calor en kJ (kcal) producida por 1 kg de combustible quemado en exceso de aire cuando los productos de la combustión se enfrían de modo que el vapor de agua contenido en ellos se condense.

El poder calorífico inferior es la cantidad de calor producida por 1 kg de combustible quemado en exceso de aire cuando los productos de la combustión se enfrían hasta el punto de ebullición del agua sin que el vapor de agua contenido en ellos se condense.

A efectos de la utilización, en los motores interesa principalmente el poder calorífico inferior, en cuanto el vapor de agua, como ya se ha dicho, no se condensa dada la alta temperatura a la cual se expulsan los gases de escape.

El poder calorífico puede también referirse – además de la unidad de masa (kJ/kg) – a la unidad de volumen en kJ/dm3 (kcal/l) para los combustibles líquidos y en kJ/m3 para los gaseosos. Cuanto mayor es el poder calorífico, tanto menor es el consumo de combustible en masa o en volumen, con tal de que en ningún caso el motor funcione en régimen de detonación.

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