POLITEXT 168Motores alternativos de combustin interna Los autores, 2005; Edicions UPC, 2005EDICIONSUPCPOLITEXTMotores alternativos de combustin internaJess Andrs lvarez Flrez, ed.Ismael Callejn Agramunt, ed.Sergi Forns FarrsDavid Balsells GrandeJuan Casanova RosellOscar Bonet ArbolXavier Carrera MurilloRamon Carreras i PlanellsDavid Snchez GispertSalvador Miret CarcellerFrancisco Liesa MestresLus Isidro MolinaIrene Espada HormigoRoger Costa CompanyCarles Forcadell FreixasAlvaro Serrano FenollosaXavier Soldevila RieraJoaqun Villa FerrerLa presente obra fue galardonada en el dcimo concursoAjut a lelaboraci de material docent convocado por la UPC.Primera edicin: septiembre de 2005Diseo de la cubierta: Manuel AndreuLos autores, 2005Edicions UPC, 2005Edicions de la Universitat Politcnica de Catalunya, SLJordi Girona Salgado 31, 08034 BarcelonaTel.: 934 016 883 Fax: 934 015 885Edicions Virtuals: www.edicionsupc.esE-mail: edicions-upc@upc.eduProduccin:TECFOTO, SLCiutat de Granada 55, 08005 BarcelonaDepsito legal: B-36812-2005ISBN: 84-8301-818-5Quedanrigurosamenteprohibidas,sinlaautorizacinescritadelostitularesdelcopyright,bajolas sanciones establecidas en las leyes, la reproduccin total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografa y el tratamiento informtico, y la distribucin de ejemplares de ella mediante alquiler o prstamo pblicos.Colaboradores:Mnica lvarez, Francesc Batalla, Gabriela Benveniste, scar Bonet, Xavier Carrera, Juan Manuel Castro, scar Civit, Jordi Escura, Irene Espada, Xavier Flores, David Gonzlez, Ricard Ibez, Andreu Iglesias, Lus Isidro, Josep Antn Jimnez, Oscar Jimnez, Francisco Liesa, Ana M. Marimn, Francisca Martn, Salvador Miret, Eduard Moreno, Josep M. Piguillem, Julio Prez, Lluc Puig, Eloi Robert, Joan Rovira, Vanesa Sala, Bartolom Salom, David Snchez, lvaro Serrano, Xavier Soldevila, Agust Vilella, Joaqun Villa, Jordi Yubero1ndicePrlogo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111. Transferencia de energa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.1 Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2 Anlisis de la transformacin de energa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.2.1 Tipos de acumulador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.2.2 Tipos de flujo de energa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.2.3 Proceso de transformacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.3 Fuentes de energa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.3.1 Energa solar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.3.2 Energa nuclear. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.3.3 Interaccin gravitatoria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.3.4 Energa geotrmica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.4 Transformadores de acumulador a flujo de energa (A/F). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.4.1 Transformacin de energa trmica a calor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.4.2 Transformacin de energa qumica en calor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.5 Transformadores de flujo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.5.1 Transformacin de calor en trabajo mecnico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.6 El motor trmico. Integracin de transformadores A/F y F/F. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321.6.1 Motores endotrmicos frente a motores exotrmicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321.6.2 Motor trmicos para generacin con cogeneracin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341.6.3 Motores trmicos para traccin con y sin eje de salida. . . . . . . . . . . . . . . . . . 362. Ciclos termodinmicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.1 Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.2 Anlisis y caracterizacin de un ciclo termodinmico de trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . 412.2.1 Procesos de evolucin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.2.2 Diagramas P/V y T/S. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.2.3 Presin media terica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.3 Ciclos de referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482.3.1 Ciclo de Carnot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.3.2 Ciclo Otto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522.3.3 Ciclo Diesel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55ndice Los autores, 2005; Edicions UPC, 20052 Motores alternativos de combustin interna2.3.4 Ciclo mixto de Sabath. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572.4 Caracterizacin del ciclo terico asociado a un mecanismo. Modelizacin numrica. . 613. Principios de funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693.1 Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693.2 Principios de funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.3 Concepcin de la fase cerrada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823.4 Concepcin de la fase abierta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843.5 Tipologa de refrigeracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.6 Arquitecturas policilndricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 884. Parmetros caractersticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 934.1 Parmetros dimensionales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 934.2 Relaciones entre parmetros dimensionales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954.3 Parmetros termodinmicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974.4 Caractersticas operativas del motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994.5 Interrelacin entre parmetros caractersticos del motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025. Fase Cerrada MEP - Combustin homognea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1095.1 Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1095.2 Proceso de combustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1105.2.1 Proceso de combustin laminar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1105.2.2 Proceso de combustin turbulento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1155.2.3 Variacin de la presin en el motor respecto al giro del cigeal. . . . . . . . . . . 1165.3 Encendido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1185.3.1 Condiciones para el encendido de una mezcla de aire y combustible. . . . . . . . 1195.3.2 Volumen crtico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1195.3.3 Energa mnima de encendido y distancia de extincin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1195.3.4 Ignicin de mezclas homogneas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1235.4 Encendido por fuente de energa finita. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1245.4.1 Prerruptura (Prebreakdown Phase). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1295.4.2 Ruptura (Breakdown Phase). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1295.4.3 Arco (Arc Discharge). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1305.4.4 Descarga incandescente (Glow Discharge). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1315.4.5 Precisin del encendido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1345.5 Influencia del recinto de combustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1355.5.1 Turbulencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1355.5.2 Relacin de la superficie del frente de llama con respecto al volumenquemado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1385.5.3 Relacin de compresin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1405.5.4 Cmara de combustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1415.6 Influencia de la condiciones de funcionamiento en la combustin. . . . . . . . . . . . . . . . 1475.6.1 Momento de inicio de la combustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Los autores, 2005; Edicions UPC, 200535.6.2 Rgimen de giro del motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1505.6.3 Caractersticas de la mezcla. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1505.6.4 Condiciones externas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1515.6.5 Variacin cclica de la presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1525.7 Combustindetonante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1545.7.1 Estudio de la detonacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1545.7.2 Retraso en el motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1555.7.3 Factores que afectan a la detonacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1575.8 Encendido superficial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1605.9 Modelizacin del proceso de combustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1625.9.1 Cmara de volumen constante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1625.9.2 Cmara de volumen variable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1646. Fase cerrada MEC - Combustin homognea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1676.1 Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1676.2 Caracterizacin del dardo de inyeccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1706.3 Factores que afectan a la mezcla. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1716.3.1 Presin de inyeccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1716.3.2 Geometra de la tobera del inyector. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1716.3.3 Caractersticas fsicas del combustible. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1736.3.4 Presin del aire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1756.3.5 Turbulencia en la cmara de combustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1766.3.6 Choque contra la pared de la cmara de combustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1766.3.7 Geometra del punto de incidencia del dardo de combustible. . . . . . . . . . . . . . 1766.4 Caracterizacin de la mezcla heterognea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1776.5 Evaporacin del combustible. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1786.6 Proceso de combustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1796.7 1 Fase: Tiempo de retraso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1816.7.1 Calidad de la micromezcla. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1816.7.2 Turbulencia en la cmara de combustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1826.7.3 Presin y temperatura del aire de entrada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1846.7.4 Calidad del combustible. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1846.8 2 Fase: Periodo de combustin espontnea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1856.8.1 La cantidad de combustible inyectado durante el perodo de retraso . . . . . . . . 1866.8.2 Parte del combustible inyectado que se vaporiza durante el retraso. . . . . . . . 1876.8.3 Combustible vaporizado durante el retraso que encuentra oxgeno. . . . . . . . . 1876.9 3 Fase: Combustin gobernada por la difusin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1876.9.1 ngulo de retraso mayor que el de inyeccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1886.9.2 ngulo de retraso menor que el de inyeccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1886.10 Diagrama de presin, liberacin de energa y combustible inyectado . . . . . . . . . . . . . . 1896.11 Influencia de las condiciones de funcionamiento en la combustin. . . . . . . . . . . . . . . 1926.11.1 Punto de inyeccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1926.11.2 Rgimen de giro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1936.11.3 Dosado o nivel de carga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194ndice Los autores, 2005; Edicions UPC, 20054 Motores alternativos de combustin interna6.11.4 Turbulencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.11.5 Relacin de compresin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.11.6 Presin y temperatura del aire de entrada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.11.7 Turboalimentacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.12 Tipos de cmaras de combustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1966.12.1 Generacin de turbulencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1966.12.2 Ventajas e inconvenientes asociados a los diferentes tipos de cmaradecombustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2007. Fase abierta 4T. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2037.1 Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2037.2 Proceso de admisin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2047.2.1 Fase de prellenado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2067.2.2 Fase de llenado por efecto de la aspiracin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2107.2.3 Fasedepostllenado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2137.3 Condicionantes del proceso de admisin de tipo constructivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2207.3.1 Toma de admisin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2207.3.2 Filtro de aire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2247.3.3 Conducto de admisin / Colector de admisin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2267.3.4 Vlvula de regulacin de la carga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2327.3.5 Sistema de admisin variable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2357.4 Condicionantes del proceso de admisin de funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2377.5 El proceso de escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2387.6 Condicionantes del proceso de escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2397.6.1 Conducto de escape/Colector de escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2407.6.2 Silenciadores y catalizadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2448. La sobrealimentacin en MACI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2458.1 Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2458.2 Compresor centrfugo accionado por turbina centrfuga.Grupo turbocompresor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2518.2.1 Descripcin del compresor centrfugo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2528.2.2 Descripcin de la turbina radial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2538.3 Comparacin entre el compresor volumtrico y el centrfugo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2548.4 Eleccin del grupo turbocompresor. Acoplamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2578.5 Anlisis de funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2608.5.1 Refrigeracin del aire de admisin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2638.5.2 Variacin en las condiciones ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2658.6 Control de la presin de bombeo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2668.6.1 Turbinas de geometra variable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2678.6.2 Vlvula de descarga a la entrada de la turbina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2688.6.3 Vlvula de seguridad a la salida del compresor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2688.6.4 Orificio de restriccin a la entrada o a la salida del compresor. . . . . . . . . . . . . 2688.6.5 Orificio de restriccin a la salida de la turbina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 Los autores, 2005; Edicions UPC, 200559. Fase abierta 2T. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2719.1 Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2719.2 Descripcin del ciclo de 2T de barrido por crter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2739.2.1 Carrera ascendente del pistn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2739.2.2 Carrera descendente del pistn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2749.2.3 Evolucin de la presin en el recinto de combustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2759.3 Proceso de admisin en la bomba de barrido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2779.3.1 Silenciador de admisin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2779.3.2 Caja de filtro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2779.3.3 Filtro de aire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2789.3.4 Bomba de barrido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2799.4 Proceso de renovacin de la carga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2799.4.1 Evaluacin del proceso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2829.4.2 Valoracin de la renovacin de la carga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2839.5 Proceso de escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2859.5.1 Influencia del escape en la renovacin de la carga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2859.5.2 Consideraciones de diseo del conducto de escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2899.5.3 Consideraciones de diseo de los silenciadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2939.6 Comparacin entre los motores 2T y 4T. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29310. Combustibles para motores de combustin interna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29710.1 Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29710.2 Petrleo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29810.2.1 Constitucin del petrleo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29810.2.2 Proceso de refino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29910.3 Caractersticas de los combustibles para MEP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30110.3.1 Poder calorfico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30110.3.2 Peso especfico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30110.3.3 Volatilidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30210.3.4 Puntos caractersticos de la curva de vaporizacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30310.3.5 Presin de vapor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30410.3.6 Caractersticas antidetonantes de los combustibles para MEP. . . . . . . . . . . . 30410.3.7 Influencia del NO en la relacin de compresin y en el avance al encendido. . 30610.4 Caractersticas de los combustibles para MEC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30710.4.1 Viscosidad y volatilidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30710.4.2 Comportamiento a bajas temperaturas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30810.4.3 Peso especfico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30910.4.4 Contenido en azufre, residuo carbonoso, cenizas y sedimentos. . . . . . . . . . . 30910.4.5 Calidad de la ignicin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31010.4.6 Influencia del Nmero de Cetano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31210.5 Gasolina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31310.5.1 Obtencin de los componentes de la gasolina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31310.5.2 Aditivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314ndice Los autores, 2005; Edicions UPC, 20056 Motores alternativos de combustin interna10.5.3 Aditivosantidetonantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31610.6 Gasleo y fuelleo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31810.6.1 Gasleos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31910.6.2 Fuelleos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32010.7 Compuestosoxigenadosorgnicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32010.7.1 Utilizacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32110.7.2 Consideraciones generales sobre el empleo de alcoholes y teres. . . . . . . . . . 32110.7.3 Utilizacin en motores de encendido provocado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32310.7.4 Utilizacin de alcoholes y teres mezclados con gasolina. . . . . . . . . . . . . . . . 32410.7.5 Utilizacin en motores de encendido por compresin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32510.8 Aceitesvegetales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32510.8.1 Caractersticas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32610.8.2 Utilizacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32610.9 steres metlicos de aceites vegetales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32710.9.1 Biodiesel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32710.9.2 Obtencin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32810.10 Combustiblesgaseosos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32910.10.1 Gas natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32910.10.2 Gases licuados del petrleo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33110.10.3 Otroscombustiblesgaseosos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33210.11 Comparativa de combustibles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33311. Emisiones contaminantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33711.1 Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33711.2 Emisiones contaminantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34011.2.1 Monxido de carbono. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34111.2.2 xidos de nitrgeno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34111.2.3 Hidrocarburos sin quemar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34211.2.4 Partculas slidas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34411.2.5 xidos de azufre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34511.2.6 Aldehdos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34511.2.7 Antidetonantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34511.2.8 Ruido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34511.3 Factores que inciden en las emisiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34611.3.1 Riqueza de la mezcla en los MEP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34611.3.2 Riqueza de la mezcla en los MEC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34711.3.3 Encendido en los MEP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34911.3.4 Avance a la inyeccin en los MEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34911.3.5 Diagrama de la distribucin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34911.3.6 Relacin de compresin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35011.3.7 Diseo de la cmara de combustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35011.3.8 Inyeccin directa e inyeccin indirecta en los MEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35111.3.9 Relacin carrera/dimetro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35111.4 Reduccin de las emisiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 Los autores, 2005; Edicions UPC, 2005711.4.1 Actuacinsobreloscombustibles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35211.4.2 Actuacin sobre el motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35311.4.3 Actuacinsobrelosgasesdeescape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35712. Tecnologa y arquitectura de un MACI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36712.1 Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36712.2 Bloque motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36812.2.1 Funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36812.2.2 Concepcin del bloque motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36912.2.3 Elementos del bloque motor: cilindros y camisas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37112.2.4 Elementos del bloque motor: bancada y fijacin del cigeal. . . . . . . . . . . . . 38012.2.5 Elementos del bloque motor: crter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38112.3 Culata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38212.3.1 Funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38212.3.2 Concepcin de la culata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38312.3.3 Caractersticasconstructivas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38512.3.4 Solucionesconstructivas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38812.4 Junta de culata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39112.4.1 Funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39112.4.2 Concepcin de la junta de culata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39112.5 Colector de admisin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39312.5.1 Funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39312.5.2 Concepcin del colector de admisin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39412.6 Colector de escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39512.6.1 Funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39512.6.2 Concepcin del colector de escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39612.6.3 Sistema de escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39712.7 Pistn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39912.7.1 Funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39912.7.2 Concepcin del pistn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39912.7.3 Geometra del pistn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40312.8 Segmentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41012.8.1 Funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41012.8.2 Concepcin de los segmentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41112.8.3 Tiposdesegmentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41412.9 Buln del pistn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41712.9.1 Funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41712.9.2 Concepcin del buln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41712.9.3 Montaje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42012.10 Biela. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42112.10.1 Funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42112.10.2 Concepcin de la biela. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42112.10.3 Geometra de la biela. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42312.11 Cigeal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427ndice Los autores, 2005; Edicions UPC, 20058 Motores alternativos de combustin interna12.11.1 Funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42712.11.2 Concepcin del cigeal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42712.11.3 Geometra del cigeal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42812.11.4 Elementos auxiliares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43212.12 Cojinetes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43412.12.1 Funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43412.12.2 Concepcin del cojinete. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43513. Distribucin 4T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43913.1 Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43913.2 Distribucin por correderas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43913.2.1 Distribucin por camisa corredera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43913.2.2 Distribucin por corredera giratoria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44013.3 Distribucin por vlvulas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44213.3.1 Disposicin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44313.3.2 Influencia del tipo de cmara de combustin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44513.3.3 Mecanismo para el accionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44613.4 Elementos del sistema de distribucin por vlvulas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44713.4.1 rbol de levas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44813.4.2 Perfil de leva. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44913.4.3 Taqus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45113.4.4 Taqushidrulicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45213.4.5 Varillas empujadoras o empujadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45313.4.6 Balancines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45413.4.7 Muelles de vlvulas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45513.4.8 Vlvulas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45613.4.9 Asientosdelasvlvulas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45813.4.10 Guas de las vlvulas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45913.4.11 Vlvulas mltiples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45913.5 Diseo y clculo de la distribucin en motores 4T. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46013.5.1 Seccin de paso a travs de la vlvula. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46013.5.2 Velocidad de los gases en el conducto y a travs de la vlvula. . . . . . . . . . . . 46213.5.3 Diagrama de recorrido de la vlvula. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46213.5.4 Perfil de leva. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46313.5.5 Cinemtica del taqu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46613.5.6 Fuerza del muelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46813.5.7 Clculo del momento de giro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47113.5.8 Ejemplo de clculo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47213.6 Influencia de la distribucin sobre el rendimiento volumtrico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47613.6.1 Seccin de paso y forma de las vlvulas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47613.6.2 Diagrama de la distribucin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47713.7 Concepcin del sistema de distribucin variable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48013.7.1 Actuacin en la admisin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48113.7.2 Accin de los efectos inerciales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483 Los autores, 2005; Edicions UPC, 2005913.7.3 Prdida de carga y turbulencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48313.7.4 Actuacin en la admisin y en el escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48413.8 Concepciones de sistemas de distribucin variables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48613.8.1 Reglaje variable de les levas (VCP). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48613.8.2 Actuacin variable de las vlvulas (VVA). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48713.8.3 Optimizacin de la ley de levantamiento de las vlvulas. . . . . . . . . . . . . . . . . 48813.9 Sistema de distribucin variable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48813.9.1 Sistemas de variacin de fase (VCP). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48913.9.2 Sistemas con rotacin discontinua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49213.9.3 Sistema VTEC de Honda. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49213.9.4 Sistema de distribucin balstica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49413.9.5 Sistemas con base electro-leo-dinmica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49413.9.6 Sistema Davs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49514. Distribucin 2T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49714.1 Introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49714.2 Tipologa del diagrama de distribucin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49814.3 Admisin directa a travs de una bomba externa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49914.4 Admisin a travs del crter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50014.4.1 Control mediante la falda del pistn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50114.4.2 Control mediante caja de lminas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50214.4.3 Control por la falda del pistn y por caja de lminas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50314.4.4 Control mediante vlvula rotativa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50414.5 Dispositivos para la mejora del proceso de renovacin de la carga. . . . . . . . . . . . . . . 50514.5.1 Resonadores en la admisin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50514.5.2 Resonador en el escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50514.5.3 Vlvula parcializadora en el escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50714.5.4 Vlvula parcializadora en el trnsfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50814.5.5 Admisin adicional en el trnsfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509Bibliografa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511ndice Los autores, 2005; Edicions UPC, 2005 Los autores, 2005; Edicions UPC, 200511PrlogoEsta obra ha sido realizada en el Laboratori de Motors Trmics de la Escola Tcnica Superior dEnginyeriade Barcelona de la Universitat Politcnica de Catalunya conjuntamente con el CREMIT, el Centre deRecerca de Motors i Installacions Trmiques de la Xarxa de Innovaci Tecnolgica de la Generalitat deCatalunya.Su inicio se remonta a 1994, ao en el que se inici experimentalmente un nueva metodologa docente dela asignatura de Motores Trmicos de la titulacin de Ingeniera Industrial, en la que, de forma prioritaria,se potenciaba la participacin del alumno en su propio proceso formativo mediante un mtodo basado enel autoaprendizaje tutelado.Gracias al grado de madurez y predisposicin de los alumnos fue generndose una amplia base documentalformada por trabajos escritos del mbito de los motores trmicos; la calidad de aquellos trabajos tuteladosrepresentaron, de forma parcial, un primer esbozo embrionario de este libro.Estos primeros resultados animaron a definir una estrategia, a largo plazo, para la generacin de una basedocumental propia que se apoyase en los distintos trabajos de investigacin realizados y se articulasemediante los proyectos de final de carrera de nuestros alumnos.La base documental establecida, convenientemente revisada, ampliada y actualizada y mediante la ayudaotorgada por la Universitat Politcnica de Catalunya para la realizacin de la misma, ha concluido en elpresentelibrodeMotoresalternativosdecombustininterna,quehasidoconcebidoparaaportarallector una visin especfica del funcionamiento de este tipo de motores, as como para cubrir necesidadesbibliogrficas en el seguimiento de las asignaturas que se imparten en las Escuelas de Ingeniera Industrial.El objetivo principal de la obra es ofrecer una visin especfica de las distintas tipologas de motoresalternativos empleados en la actualidad, aglutinando y homogeneizando las fuentes escritas existentes.El primer captulo constituye una reflexin sobre la transferencia de energa, a partir del concepto deacumuladordeenergaydeflujoenergtico.Estadiferenciacinesesencialparapodervaloraradecuadamente los rendimientos implicados en las distintas transformaciones de energa que conlleva elrendimiento global de un determinado uso y que, en concreto, permiten evaluar los procesos implicadosen los motores alternativos de combustin interna.En el segundo capitulo se analizan los ciclos termodinmicos tradicionalmente empleados para la descripcinde los motores alternativos de combustin interna.Prlogo Los autores, 2005; Edicions UPC, 200512 Motores alternativos de combustin internaEnelcaptulotressedetallanlosprincipiosbsicosdefuncionamientodeestetipodemotores,especificando las diferencias conceptuales existentes entre las distintas posibilidades de implementacin,enespecialenloquerespectaaltipodecombustin,enlosmotoresdeencendidoprovocadoylosmotoresdeencendidoporcompresin,yenloquerespectaaltipoderenovacindelacarga,enlasarquitecturas de cuatro y dos tiempos.Enelcaptulocuatroseofreceunavisingeneraldelainfluenciadelosdistintosparmetrosdefuncionamiento y de diseo del motor en sus prestaciones, eficiencia y emisiones contaminantes.El captulo cinco hace referencia a todos los mecanismos implicados en la fase cerrada de los motores deencendido provocado, detallando las peculiaridades de la combustin homognea y de los sistemas deencendido empleados utilizados.Enelsiguientecaptulosepresentanlascaractersticasesencialesdelacombustinheterogneaenmotoresalternativos,loqueconstituyelabasedefuncionamientodelosmotoresdeencendidoporcompresin.El captulo siete inicia el anlisis de las concepciones de renovacin de la carga de los motres alternativos,con la concepcin ms extendida, la que viene caracterizada por el llamado ciclo de cuatro tiempos, que sesigue analizando en el siguiente captulo al desarrollar la sobrealimnetacin y los distintos dispositivosquelapermiten.Finalmente,enelcaptulonuevesedetallaelfuncionamientoypeculiaridadesdelarenovacin de la carga de los motores de dos tiempos.A continuacin, en el captulo diez se analizan las caractersticas que deben cumplir los combustiblesasociados a este tipo de motores, tanto de encendido provocado como de encendido por compresin,analizndose en el captulo siguiente el impacto ambiental del empleo de los mismos, en especial el de susemisionesdegasescontaminantes.Finalmente,enelcaptulooncesemuestranlascaractersticasprincipalesdeloselementosdelosmotores alternativos, en cuanto a diseo y materiales, para pasar, en el captulo trece, a los elementosasociados al sistema de distribucin de los motores de cuatro tiempos. En el siguiente captulo, el catorce,se desarrolla la implementacin de los sistemas que permiten la renovacin de la carga de los motores dedos tiempos. Los autores, 2005; Edicions UPC, 20051 Transferencia de energa131Transferenciadeenerga1.1IntroduccinLa energa se define como la facultad o habilidad que posee un sistema para producir trabajo o calor. Laenerga est presente de mltiples formas, en los propios flujos de calor y trabajo, o bien, almacenada endiferentes acumuladores de energa, como la energa qumica contenida en un combustible, la nuclearcontenida en la materia, la dinmica en el viento y otras.La energa total de un sistema se caracteriza mediante tres componentes: la energa cintica asociada a sumovimiento, la potencial asociada a un campo de fuerza contra el que trabaja y, por ltimo, la energainterna asociada a la composicin qumica y atmica y a su nivel de agitacin segn la temperatura a laqueseencuentra.La gran mayora de problemas que resuelve la ingeniera son, en esencia, la transformacin de la energaalmacenada en flujos de trabajo y calor tiles, o que a su vez puedan ser transformados posteriormenteen energa almacenada nuevamente en otro tipo de acumulador.En la transformacin de la energa almacenada en flujos de energa y stos en otro tipo de flujos oacumuladores,seproducenprdidas,entendiendoporprdidaunatransferenciadeenerganodeseada. Por lo tanto, el balance global indica que no desaparece energa, sino que la energa inicialequivale a la energa final til ms el calor generado en las prdidas, ya que la energa ni se crea ni sedestruye.De una cierta cantidad de energa slo se puede obtener un cierto de porcentaje en forma de trabajo ocalor til. Cuanta ms energa til se pueda extraer de la fuente, de mejor calidad ser la energa. Lacantidad de energa til que se puede extraer de una cierta energa es lo que se define como exerga. Porlo tanto, una energa con elevada exerga representa una energa de alta calidad.El calor correspondiente a las prdidas es, en general, energa de baja calidad. La energa obtenida al finalde un proceso de transformacin tambin es de menor calidad que la inicial. Esto significa que, si bien laenerga se conserva, la capacidad de extraer trabajo o calor tiles de estas energas, es decir, la exerga,resulta cada vez menor. Por lo tanto, la energa se degrada conforme va sufriendo transformaciones,entendiendo por degradacin la prdida de facultad para producir trabajo o calor.Por lo tanto, se deben valorar adecuadamente los procesos de transformacin de la energa de maneraque se aprovechen al mximo las fuentes de energa de que se dispone. Los autores, 2005; Edicions UPC, 200514 Motores alternativos de combustin internaLaprincipalfuentedeenergaactualsonloscombustiblesfsiles,ylageneracindecombustiblesfsiles, a partir de energa solar, es mucho ms lenta que su consumo. De hecho, se prev que en losprximos aos la extraccin de petrleo se empiece a reducir. Por lo tanto, es conveniente:- limitar el aumento del consumo de energa, que a nivel global parece que se dobla cada veinteaos.- optimizar los procesos de transformacin de la energa de manera que de una misma fuente seaprovechemsenergaysegenerenmenosprdidas,yaqueanivelglobalparecequelaeficiencia de las transformaciones disminuye como resultado del crecimiento de la demanday nuevas transformaciones de menos eficiencia asociadas.- diversificarfuentes de energa para no depender en exceso de ninguna de ellas en particular,disminuyendo as los costes estratgicos de dicha dependencia.En el estudio de las transformaciones energticas hay un concepto bsico, la eficiencia. Por eficiencia seentiende, en general, el cociente entre la energa deseada obtenida y la cantidad necesaria para producirla.(1.1)Esteconceptodeeficienciacobraimportanciacuandoelcosteasociadodelaenergaaportadaeselevado y, por lo tanto, significativo, o bien cuando el impacto de la transformacin en s no es sostenible.Como ejemplo, se puede citar que la obtencin de trabajo o calor til a partir de la energa solar medianteunatransformacindebajaeficienciaes,hoyporhoy,pocopreocupante,sinoseconsideraenelbalance econmico el coste de la inversin.Por lo tanto, un proceso perfecto, sin prdidas, presentar un rendimiento =1. Es decir, la energa fuentese transforma ntegramente en la otra forma que se desea. Conforme menos eficiente sea el proceso,menor ser el rendimiento, siendo el lmite =0, caso extremo en que toda la energa fuente se transformantegramente en otra forma no deseada.Si el problema resultara tcnicamente irresoluble a un coste razonable, cuando la energa perdida es tanelevada, normalmente en forma de calor, cobrara sentido buscar una aplicacin til a dicha prdida, y seestara ante el concepto decogeneracin.Esta eficiencia energtica depende de todos los procesos que tienen lugar para transformar una energaen otro tipo de energa o trabajo utilizable en una aplicacin dada.Algunos procesos estn limitados a nivel terico. Esto significa que aun realizando el proceso de formaideal, no se podra mejorar la eficiencia por encima de un determinado valor. Estos procesos son los queimplican una transformacin de calor en trabajo. Es decir, los procesos termodinmicos.Porotrolado,siempreexisteunareduccindelrendimientodebidoacuestionestecnolgicas.Losprocesos trmicos presentan prdidas de rendimiento por los dos conceptos, mientras que el resto deprocesos se encuentran limitados slo tecnolgicamente.En el presente captulo se analiza la transformacin de los diferentes tipos de energa y flujos.aportada energaobtenida deseada energa Los autores, 2005; Edicions UPC, 20051 Transferencia de energa151.2 AnlisisdelatransformacindeenergaEn el estudio de la transformacin de energa se deben identificar una serie de elementos que ayudarnen el anlisis.La energa se encuentra almacenada, de distintas formas, en lo que se llamar acumuladores.De estos acumuladores se puede extraer energa para, adecuadamente tratada, transformarla en trabajo ocalor. Este trabajo o calor son flujos de energa que no permiten almacenarla.Fig. 1.1 Proceso bsico de transformacin de energa procedente de un acumuladorPara transformar la energa se requiere, al menos, un transformador, ya sea una mquina, un proceso, unareaccin qumica, etc. No se contemplan los transformadores directos entre acumuladores, ya que esnecesario primero convertir la energa del acumulador en un flujo de trabajo o calor y, posteriormente,transformar este flujo en energa, que se almacenara en otro acumulador.Por lo tanto, es necesario un transformador entre un acumulador y un flujo. Luego, este flujo se puedetransformarmedianteunnuevotransformadoraotroacumulador.Tambincabelaposibilidaddetransformar el flujo en otro tipo de flujo. Para ello se requiere un transformador de flujo a flujo.Otro elemento es el acondicionador de flujo. ste no transforma el flujo en otro tipo de flujo, sino quemanteniendo el mismo tipo de flujo, lo modifica en algn aspecto.Un ejemplo de este proceso es la generacin de electricidad a partir de un embalse. El agua almacenadaa cierta altura es el acumulador de energa. Esta energa potencial se convierte en energa mecnica en losejes de las turbinas de una central hidroelctrica. Estas turbinas son el transformador de energa potencial(acumulador) a flujo de trabajo mecnico. Este trabajo se transforma, mediante unos generadores, en unflujo elctrico. Por lo tanto, los generadores son transformadores de flujo (trabajo mecnico a trabajoelctrico). Finalmente, este flujo elctrico, de alta tensin, se distribuye y llega a estaciones transformadorasque lo transforman a baja tensin. El flujo contina siendo elctrico, pero ha sufrido un acondicionamiento.Por lo tanto, las estaciones transformadoras de AT/BT actan como acondicionadores.Es decir, en una cadena de transformaciones energticas se puede encontrar:- Acumuladores: Sistemas que almacenan de forma ms o menos estable en el tiempo la energa.Un combustible es qumicamente muy estable y su energa podr ser utilizada aos despus encasi su totalidad.- Transformadores acumulador/flujo: Dispositivo o proceso que convierte la energa del acumuladoren un flujo de trabajo o calor, por ejemplo la turbina hidrulica de la central hidroelctrica.- Transformadores de flujo/flujo: Convertidores de trabajo en otro tipo de trabajo o calor o decalor a trabajo, o viceversa. Por ejemplo, el generador elctrico de la central.- Acondicionadores de flujo: Convertidores que operando sin variar el tipo de flujo, slo lomodifican en algn aspecto, por ejemplo los transformadores de AT/BT.En cada elemento de la cadena de transformacin de energa se puede perder una parte, que se convierteen calor no deseado. Esto se debe a problemas tecnolgicos, o bien, a cuestiones inherentes al proceso.TransformadorFlujo A / Flujo BTransformadorAcumulador/FlujoAcondicionadorFlujo A / Flujo ATransformadorFlujo/AcumuladorAcumulador Los autores, 2005; Edicions UPC, 200516 Motores alternativos de combustin internaEstas ltimas implican un rendimiento terico del proceso, que se aade a las prdidas por ineficienciatecnolgica.Si en el proceso de transformacin de energa se hace un balance, la energa en el acumulador inicial esequivalente a la energa final ms la suma de todas las prdidas registradas en cada proceso.Estas prdidas globales, en general, representan energa trmica de baja temperatura. Esto significa queesdifcilaprovecharestaenergaenposterioresprocesos.Suexerga(ex)esbajay,porlotanto,esenerga de baja calidad.1.2.1 Tipos de acumuladorLos acumuladores son las diferentes formas en que puede estar contenida la energa. La energa se extraede estos acumuladores en el momento en que es requerida. Los acumuladores pueden tener prdidas, loque significa que la energa se transforma en algn tipo de flujo no deseado. Si se dispusiera de solucionestecnolgicas ideales para cada acumulador, se podran evitar estas fugas. La energa contenida en unacumulador slo se puede transformar en flujo de energa pero, no se puede traspasar directamente aotro acumulador.Se han identificado cinco tipos de acumulador de energa tal y como refleja la tabla 1.1.Tabla 1.1 Tipos de acumuladores de energaEl ms bsico sera el acumulador de energa trmica. Esta energa se almacena en las sustancias comotraslacin, rotacin y vibracin de los tomos. Sin embargo, se estudia habitualmente a nivel macroscpicocomo temperatura de la sustancia. Si la temperatura de la sustancia es cercana a la temperatura ambiente,se considera energa de baja calidad.Si se intenta aprovechar energa trmica de baja calidad, el rendimientode la transformacin ser bajo.La energa nuclear de la materia es estructural, ya que est contenida a nivel atmico y asociada a suestructura. Esta energa se puede transformar en un flujo de calor mediante los procesos de fusin ofisin. El uranio es un ejemplo de acumulador de energa en forma de energa nuclear.La energa qumica tambin es estructural a la materia, a nivel molecular esta vez, y se puede transformarenflujosdecalorotrabajoelctricomediantereaccionesqumicas.Loscombustiblessonclarosacumuladores de energa qumica.E. Trmica

E. NuclearE. Qumica:: Molecular E. Potencial estticaE. Dinmica Gravitatoria Electroesttica Cintica MagnticaFsicaEstructuralAtmica Los autores, 2005; Edicions UPC, 20051 Transferencia de energa17La energa potencial esttica hace referencia a la energa que depende de la posicin en el espacio de unasustancia, cuerpo, partcula, etc, contra el campo de fuerzas en el que se encuentra inmerso.Es decir, sisu posicin no vara, la energa no vara.As se distinguen la energa gravitatoria para las masas, el casode las cargas elctricas para el campo elctrico, la electroesttica y otras como la energa que reside en uncuerpo en deformacin elstica, como sera el caso de los muelles.La energa dinmica hace referencia a la energa contenida en una sustancia, cuerpo o partcula debidoa su movimiento. La energa no variar si no vara su velocidad. Referente a la energa mecnica, este tipodeenergaeslaenergacintica,ysuvaloresfuncindelavelocidaddelcuerpoosustancia.Unvehculo en movimiento es un acumulador de energa cintica. En trminos de cargas elctricas, estaenerga sera el magnetismo y es funcin de la velocidad con la que un conductor corta las lneas delcampo magntico.Las energas potencial y dinmica responden a caractersticas fsicas del acumulador y su relacin conel entorno. La energa contenida en los acumuladores se transforma en flujo de energa mediante lostransformadores de acumulador a flujo. No se contemplan transformadores directos entre acumuladores.Lostransformadorestienenprdidasdeenerga,queseconvierteencalordebidoacuestionestecnolgicas.Algunostransformadoresdeacumuladoraflujopuedenoperartambincomotransformadores de flujo a acumulador.1.2.2 Tipos de flujo de energaLos flujos de energa son una forma de energa que debe ser utilizada o transformada de nuevo conformese genera. Si no, se disipa en formas de energa no deseadas. Los tipos de flujo son el trabajo, tantomecnico como elctrico, y el calor. La radiacin, en principio, se considera un flujo de calor. Estos tipospueden transformarse de un tipo a otro mediante los transformadores flujo-flujo. Estos transformadorespresentan, por cuestiones tecnolgicas, prdidas en forma de calor que impiden que la totalidad de laenergadeentradaaltransformadorseobtengadeformatilalasalida.Existe,adems,untipodetransformadores de flujo a flujo que presentan una limitacin no nicamente tecnolgica, sino a nivelterico. Se trata de los transformadores de calor a trabajo mecnico.Por otro lado, la transformacin de trabajo en flujos de calor con gradiente de temperatura inverso (flujode Q de Tbaja a Talta) se encuentra limitado por el principio de conservacin de la energa, que se concretaen la siguiente expresin:w + Qgradiente inverso = Qperdida(1.2)Por lo tanto, la eficiencia lmite, o las restricciones, segn el tipo de transformacin, se puede resumir taly como indica la tabla 1.2.Tabla 1.2 Rendimiento lmite o restricciones de cada tipo de transformacin de flujosTipo de transformacinRendimiento lmite / restricciones B AW W 1 W Q carnot = 1-(Tbaja/Talta) inverso deT gradienteQ Ww + Qgradiente de T inverso = Qperdida Los autores, 2005; Edicions UPC, 200518 Motores alternativos de combustin internaTambinsepuedendefinirlosacondicionadoresdeflujo,quemodificanelflujo,perosinvariarsutipologa. Este es el caso de una caja de cambios de un automvil. Por el eje primario le entra trabajomecnicoconelejegirandoaciertavelocidadytransmitiendounciertopar.Medianteengranajestransforma este trabajo en otro trabajo mecnico en el eje secundario con otra velocidad y otro par.El acondicionamiento de trabajo, ya sea mecnico o elctrico, slo tiene prdidas tecnolgicas.El acondicionamiento de calor tambin tiene slo prdidas tecnolgicas, pero presenta otra restriccin, y esque la exerga final ser inferior a la inicial. Esto significa que de la energa obtenida se podr obtener menosenerga til. Por lo tanto, en cada modificacin de un flujo de calor se deteriora la energa residente en el flujo.1.2.3 Proceso de transformacinLa energa almacenada en acumuladores debe transformarse para que resulte til. Puede ser transformadapara obtener un flujo de energa o para introducirla en otro acumulador.Fig. 1.2 Transformacin general de energa de un acumulador a otro acumuladorTransformadorFlujo A / Flujo BAcumuladorBalance de energaPrdidasAcondicionadorFlujo A / Flujo ATransformadorFlujo/AcumuladorAcumuladorBaja TemperaturaQQQQQQPrdidasGlobalesTransformadorAcumulador/FlujoPrdidasPrdidasPrdidasPrdidasPrdidas