INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR EL ORO

MECANICA DE FLUIDOS Y TERMODINAMICA

TEMA: Propiedades intensivas y extensivas de la materiaComportamiento de altitud de los motores a gasolina y dieselNombre: Erwin Adrin Noles Segura

Nivel: Tercero Mecnica Automotriz

Profesor: Ing. Jorge Maldonado

2012 2013

PROPIEDADES DE LA MATERIA EXTENSIVAS E INTENSIVAS

PROPIEDADES DE LA MATERIAComo todos sabemos la materia es todo aquello puede ser sujeto de medicin, es decir, todo lo que ocupa un lugar en determinado espacio, lo que podemos observar, medir, lo que compone a cada uno de los objetos que forman el espacio, basndonos en las teoras modernas de la qumica con apoyo de la fsica podemos afirmar que la materia guarda una estrecha relacin con la energa, esto se afirma debido a que antiguamente se tomaba a la materia y a la energa como dos conceptos diferentes, aunque la realidad es que con los estudios modernos se puede comprobar que la materia puede convertirse en energa, y la energa puede convertirse en materia, esto lo observamos por ejemplo al analizar los procesos del metabolismo, en donde la materia (alimentos) por medio de la digestin absorcin y asimilacin son transformados en energa que nos permite realizar funciones diversas, una pequea cantidad de materia puede producir una gran cantidad de energa, hablar del proceso de transformacin de la energa en materia es ms complicado puesto que el proceso es al revs, para producir materia a partir de la energa se requieren grandes cantidades de energa para ser convertidas en una pequea parte de materia, y para ejemplo se puede citar que un fotn gamma con una gran cantidad de energa puede dar lugar a un electrn y un positrn, teniendo como resultado una masa muy pequea de ambos elementos, aunque esta ltima acepcin es hipottica ms que prctica, de acuerdo al modelo estndar de la fsica de partculas (El bosn de Higgs).

ESTADOS DE LA MATERIASolido: Este se caracteriza principalmente por la forma, debido a que la unin entre las molculas (fuerza de cohesin) es alta, los objetos de este estado presentan una forma definida, asi como una oposicin a ser deformados dependiendo el material del que se trate puede ser mayor o menor esta situacin, dichos elementos tienen tambin un volumen estable, en este caso las molculas que lo integran solo pueden moverse por medio de vibraciones u oscilaciones mas no pueden trasladarse libremente de un punto a otro del objeto, presenta a su vez un orden en sus estructuras.

Liquido: Los lquidos de la misma forma que los slidos, presentan un volumen constante, aunque la fuerza de cohesin que existe entre sus molculas es menos, lo que permite un libre desplazamiento de las molculas que lo forma, dando con ello origen a que no tengan una forma definida y que esto les permita adoptar la forma del recipiente en donde se encuentren contenidos, as mismo dan origen a dos propiedades que carecen los slidos que son: viscosidad y fluidez, a diferencia de los slidos y debido al libre desplazamiento de sus partculas, los lquidos presentan un desorden en su estructura, conforme se aumenta la temperatura, el movimiento de las partculas aumenta considerablemente.Gaseoso: Los gases, de la misma forma que los lquidos, no presentan una forma definida pero, surge adems una diferencia aun mayor y esta es que no tienen un volumen definido, debido a que en los gases, la fuerza de cohesin es nula, al tener esta particularidad, los gases en estado libre son expansibles y a su vez compresibles, es decir, se pueden expandir y comprimir con facilidad, aunque si se comprimen con una cantidad excesiva de presin en un gas confinado, este corre el riesgo de pasar de estado gaseoso a lquido, diferencia de stos. Tambin son fluidos, como los lquidos.Las caractersticas de la materia se dividen en dos grupos acordes a cada cualidad en particular, los dos grupos que se forman son:

- PROPIEDADES EXTENSIVAS - PROPIEDADES INTENSIVAS

1.- PROPIEDADES EXTENSIVAS.Propiedades extensivas llamadas tambin generales, como su nombre lo indica, estn basadas en funcin de la cantidad de materia a considerar, es decir, si nos proponemos a medir una canica de vidrio que tiene una masa de 30 gr, y la comparamos con un cayuco de vidrio tambin de forma esfrica, este ltimo tendr una masa mucho mayor aunque se trate del mismo material.Algunos ejemplos de estas propiedades son el peso, volumen, longitud, masa etc., como puedes ver todas ellas dependen de la cantidad de materia a medir.Peso: es la relacin existente entre la fuerza de atraccin que ejerce la tierra sobre determinada cantidad de masa, este depende de la fuerza de gravedad, la posicin relativa y la masa de los objetos. La unidad de medida del peso es el Newton.Volumen: el volumen es una magnitud fsica derivada, se define como el espacio que ocupa un cuerpo en el universo, las unidades para medirlo son el metro cubico, centmetro cubico, litro, mililitro.Longitud: la longitud se es una magnitud que mide la distancia entre dos puntos, tambin puede considerarse como la medida de cada una de las dimensiones de un cuerpo: la unidad de medida de la longitud en el sistema mtrico decimal es el metro.Masa: la masa de define como la cantidad de materia que contiene un cuerpo, en muchas ocasiones se confunden los trminos de masa y peso y esta ltima es una unidad de fuerza a diferencia de la masa que es una magnitud escalar, la unidad de masa en el sistema internacional de unidades es el kilogramo.

2.- PROPIEDADES INTENSIVASPropiedades intensivas o especficas: son las caractersticas de la materia que son independientes de la cantidad a medir, no importa la cantidad pues estas propiedades siempre permanecen constantes, no son aditivas, en muchos casos son el resultado de dos propiedades extensivas, como es el caso de la densidad que es la relacin que existe entre masa y volumen, algunas otras propiedades son: Punto de fusin, Punto de ebullicin, Densidad, Coeficiente de solubilidad, ndice de refraccin entre otros.1. Densidad: se define a esta como la relacin existente entre la cantidad de materia que posee un cuerpo y el espacio que esta ocupa (relacin de masa entre volumen), D=m/v la unidad de medida de la densidad es Kg/mt3, gr/cm3, la densidad es una magnitud intensiva.2. Punto de ebullicin: en un sistema lquido se considera el punto de ebullicin a la temperatura en donde la presin de vapor del lquido es igual a la presin del medio que rodea al lquido. Cuando se cumple esta condicin, se forma vapor en cualquier parte del lquido, en otras palabras el punto de ebullicin es la temperatura en donde el estado lquido pasa a estado gaseoso o al revs.3. Punto de fusin: esta propiedad intensiva se refiere a la temperatura en la cual el estado slido y lquido de una sustancia coexisten en equilibrio trmico, esto es a una presin de una atmsfera4. Coeficiente de solubilidad: Se llama coeficiente de solubilidad, al cociente entre el volumen de gas disuelto y el volumen de solvente, cuando el gas en contacto con el lquido se halla a la presin parcial de 1 atmsfera absoluta.5. ndice de refraccin: de una sustancia o un medio transparente, es la relacin entre la velocidad de la luz en el vaco y la velocidad de la luz en la sustancia o el medio transparente.Este nmero, mayor que la unidad y sin unidades, es una constante caracterstica de cada medio y representa el nmero de veces que es mayor la velocidad de la luz en el vaco que en ese medio.El ndice de refraccin se mide con un aparato llamado refractmetro en el que se compara el ngulo de incidencia con el ngulo de refraccin de la luz de una longitud de onda especfica.

3.- COMPORTAMIENTO DE LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA A GASOLINA Y DIESEL EN DISTINTAS CONDISIONES DE ALTURA CON RESPECTO AL NIVEL DEL MAR

Condiciones atmosfricas y funcionamiento del motor.Describiremos como se ve afectado un motor de combustin interna de aspiracin natural (sin turbo) por varios parmetros ambientales o topogrficos como son la densidad del aire, altitud, temperatura del aire y la humedad.

La densidad del aire:Cuando hablamos de densidad del aire, nos referimos a la cantidad de molculas de oxigeno que contiene un volumen de aire en un momento dado, la densidad del aire puede verse afectada por la temperatura, altitud, algunas condiciones atmosfricas como tormentas, etc.Con una densidad del aire baja (poca concentracin de oxigeno), un motor funcionaria con una relacin aire / combustible rica, ya que la cantidad de aire suministrada a las cmaras de combustin seria poca para el volumen de combustible entregado, al contrario ocurrira con una densidad de aire alta, la cantidad de sta seria mucha para la cantidad de combustible suministrado, mezcla aire/combustible pobre. Recordemos que, los motores entregan buena potencia con el menor nivel de emisiones de escape cuando funcionan con una relacin estequiomtrica de 14.7:1 14.7 partes de aire por una de combustible. (Lambda =1) con mezclas diferentes a estas, ya sean ricas o pobres el motor no dar toda su potencia, producir mayores emisiones contaminantes y tendr un alto consumo de combustible.El vaco que genera el motor tambin s vera disminuido, si est provisto de un sistema de avance de la ignicin por vaco, el funcionamiento ser afectado negativamente, el adelanto de la chispa por carga (rpm Vs. Velocidad del vehculo) ser menor de lo requerido.

Temperatura ambiente:La temperatura incide directamente en la densidad del aire, cuando sta aumenta, la densidad del aire disminuye, con bajas temperaturas la densidad aumenta.

Humedad:Cuando la humedad del ambiente se incrementa el octanaje requerido para el buen funcionamiento del motor disminuye, por cada gramo de agua que se le agregue a un kilogramo de aire seco, el octanaje requerido para el buen funcionamiento del motor decrece de 0.25 a 0.35.En la segunda guerra mundial era una practica comn inyectar agua a la admisin de aire de los motores de aviacin para disminuir la temperatura de las cmaras de combustin, tambin se utiliza la inyeccin de agua en motores provistos de turbos o sopladores, de esta manera se aumenta el ndice de octano y se evita el peligroso efecto conocido como detonacin, pistoneo o picado de biela. Altitud (presin atmosfrica):Por ejemplo al ir ascendiendo por una ruta de montaa, mientras ms aumentemos nuestra altura sobre el nivel del mar menor ser la densidad del aire. Los motores Diesel de aspiracin natural (sin turbo) pierden un 10% de potencia por cada 1000 mts. Que asciendan sobre el nivel del mar, en el caso de los motores de gasolina el requerimiento de octano necesario para el motor decrece de uno a dos octanos por cada 1000 mts de ascenso sobre el nivel del mar, esto ltimo producto de la escasez de aire y la disminucin de la presin de combustin, y por ende la disminucin de la potencia efectiva del motor.Actualmente esta de moda colocar sistemas de admisin de aire de alto flujo, eso ayuda en condiciones de alta temperatura y elevadas alturas, estos sistemas se venden haciendo la recomendacin de que el tubo de admisin debe colocarse de manera que ste no se caliente, para mantener una alta densidad de aire de admisin.En realidad ese aire al llegar al colector de admisin es calentado, todos los colectores de admisin tienen sistemas de recirculacin de agua caliente que provienen del sistema de refrigeracin del motor, esto con el objeto de calentar la mezcla y utilizar menos volumen de combustible, as se reducen las emisiones contaminantes cuando el motor esta en condiciones climticas fras o cuando el motor esta en fase de calentamiento.Si entonamos un motor al nivel del mar y ascendemos a lo alto de una montaa, la perdida de potencia ser notoria al igual que un ralent irregular (marcha mnima inestable), si utilizamos normalmente el vehculo en lugares a varios miles de metros sobre el nivel del mar, se deben cambiar los calibres surtidores de combustible en el carburador por unos adecuados a la densidad del aire, esto se determina tericamente aplicando ciertas frmulas, y en la prctica con analizadores de gases de escape, para cada condicin ambiental se deben cambiar los surtidores de combustible por unos del calibre adecuado para la condicin de densidad de aire, altitud, humedad, etc. Esto no sera nada prctico; Afortunadamente los sistemas de inyeccin de combustible se encargan de suministrar el combustible necesario para la cantidad de aire admitida, l modulo de control Carburador electrnico del motor recibe de diversos sensores los valores de la temperatura del aire de admisin, temperatura del liquido refrigerante, el flujo de aire (gramos de aire por segundo), presin atmosfrica, presin del colector de admisin del motor (vaco) entre otros, de esta manera calcula la cantidad exacta de combustible a inyectar, manteniendo una relacin estequiomtrica y un control del avance de la chispa en cualquier condicin y rango de funcionamiento del motor.Creo que queda claro el porqu de la desaparicin del carburador.

Motores de combustin interna a gasolina.- En la mayora de los viejos vehculos que se muevan gracias a motores de combustin interna, es decir, que precisen de un combustible y del aire para producir una explosin (motores de gasolina o nafta) o una combustin (motores diesel o de gas-oil o gasleo), a medida que la altitud o la altura respecto del nivel del mar aumenta, consecuentemente disminuir su potencia o rendimiento. Es decir, la fuerza y velocidad del vehculo en relacin al consumo de combustible.La prdida de la mencionada potencia original del vehculo, ronda el 10% cada 1.000 metros de altura.Esto se debe a que a medida que la altura aumenta, el oxgeno del aire se reduce, oxgeno necesario para el encendido del combustible, ya sea por explosin (gracias a la chispa producida por las bujas) o por combustin (debido a la elevada compresin relativa de los gases).Por la misma razn, la mezcla de aire-nafta o gasolina tiende a tener ms combustible que aire en condiciones (con el oxgeno necesario) para realizar la combustin (lo que se suele llamar "mezcla rica") y por lo tanto en trayectos largos bajo estas condiciones (o el incremento de las mismas: aumento de la altura) puede que el vehculo "tire" menos.

Motores de combustin interna a diesel.- Sin embargo, estos efectos negativos de la altura en vehculos se compensan en alguna medida si la temperatura es baja, ya que el aire es menos denso, y por lo tanto el llenado de los cilindros es mayor. Contrariamente, al mismo tiempo, al disminuir la presin atmosfrica (a mayor altura, menor presin) el llenado de los cilindros tendera a ser peor (la atmsfera "empuja" menos al aire dentro de los mismos).Si finalmente la combinacin de todos estos factores produce un resultado negativo en el rendimiento de nuestro vehculo, y si encontrndonos de viaje, por ejemplo, podemos llevarlo a un taller mecnico de confianza, provisoriamente un solucin de circunstancia puede ser cambiar el "calibre" o "chicle" (dispositivo que regula el paso del combustible del tanque o depsito al carburador) por uno de ms estrecho, lo que compensara en alguna medida la peor calidad del aire y el peor llenado de los cilindros.Los efectos perjudiciales respecto del rendimiento de los vehculos en altura, debido a la mayor presin atmosfrica, al igual que los de la temperatura y otros factores climticos, son corregidos automticamente en los nuevos vehculos que disponen de inyeccin electrnica de combustible, ya que el sistema de inyeccin electrnica est pensado para permitirse el inyectar la cantidad necesaria para el mayor rendimiento del motor segn las condiciones climticas imperantes en cada momento, detectadas en tiempo real (humedad, presin, temperatura, etc.) por sensores adecuados para tal fin.

Nmero de OctanosOctanaje es el ndice de resistencia que presenta la bencina al fenmeno de pre-ignicin (detonacin de la mezcla). Este ndice se establece con una mezcla de referencia (patrn), que est formada por 2 hidrocarburos: heptano e isoctano.El isoctano posee ndice 100 octanos. Para establecer el patrn de 80 octanos, se mezcla 80% de isoctano con 20% de heptano. El proceso de refinacin de petrleo, que se emplea en la fabricacin de bencina comercial, permite obtener un ndice natural de 40 a 70 octanos.Para alcanzar mayor ndice de octanos se agregan qumicos (aditivos), que mejoran la resistencia a la detonacin.

Altitud y OctanosLa presin atmosfrica juega un papel importante en el ndice de octanos efectivo de una gasolina. El ndice de octanos que caracteriza a un tipo de bencina vara de acuerdo a la altitud que ella se utiliza. Una bencina que presenta ndice de octanos de 85 a nivel del mar, subir a 91 cuando se emplea a 600 metros de altura. Octanaje segn la altura.

Avance de EncendidoUn mayor avance de encendido ayuda a desarrollar mayor potencia durante la aceleracin del motor. Sin embargo este avance es limitado por el fenmeno de la detonacin. A mayor ndice de octanos mayor avance permisible.Si se utiliza la misma bencina a nivel del mar que en altura, el motor acepta un avance mayor de encendido. Este ajuste es recomendable hacerlo ya que a mayor altitud el valor de la presin atmosfrica disminuye y por consiguiente la densidad de la mezcla. Esto ltimo obstaculiza su encendido debido a la mayor distancia que existe entre las molculas, y por ello resulta beneficioso encenderla anticipadamente para sincronizar de mejor forma el perodo de combustin con el movimiento de los pistones.

Aceleracin RpidaUna pequea parte de la gasolina que se desplaza hacia el mltiple de admisin se atomiza. Sin embargo la mayor parte de ella se mantiene en estado lquido o en pequeas partculas. Su peso, aun atomizada, es 3 veces mayor que el aire. En una aceleracin sbita, la bencina se mueve a menor velocidad que el aire. Esto genera una mezcla pobre. Para compensar esta deficiencia, se utiliza la bomba de aceleracin (pique), que inyecta combustible en exceso, para conseguir la reaccin inmediata del motor. Este suministro de bencina lquida contribuye a impedir la detonacin debido a que hace disminuir la temperatura de la mezcla que ingresa a los cilindros.EFECTO DE LA ALTITUDRelacin combustible-aireLa reduccin de la fraccin molar de oxgeno con la altitud tiene como consecuencia una modificacin de la relacin msica estequiomtrica entre aire y combustible en la combustin lo que provoca, cuando se someten a altas cotas, desajustes en la dosificacin de los motores. La Figura 2 muestra dicho efecto, para un gasleo (CnHm) de composicin tpica C15H29 para la hiptesis de columna triangular. La relacin combustible/aire de referencia resulta Fst,0 = (mf/ma)st,0 = 1/14.73. En funcin de la altitud:Fst = = (1)

= (2)

Donde PMa es el peso molecular del aire.

Fig. 2: Efecto de la altitud sobre la relacin msica estequiomtrica combustible/aire

Temperatura adiabtica y oxgeno disponibleLa formacin de NOx durante el proceso de combustin depende en gran medida de la temperatura y la masa de oxgeno disponible en la llama. Al ser tan rpida la combustin, apenas hay tiempo para prdidas de energa, lo que permite que la temperatura de combustin se aproxime a la de llama adiabtica. En la Figura 3 se muestra el efecto de la altitud sobre la temperatura de combustin adiabtica a presin constante para el mismo gasleo del apartado anterior, calculada con un modelo de equilibrio qumico implementado por el grupo de Mquinas y Motores Trmicos de la Universidad de Castilla-La Mancha (La puerta, 2001), que considera 35 especies y que est basado en el mtodo de las constantes de equilibrio, para un motor de aspiracin natural y diversos motores turboalimentados, con diferentes grados de turbo alimentacin a nivel del mar, pero todos ellos manteniendo invariable la potencia con la altitud.Las condiciones locales de combustin tambin se ven afectadas por la altitud. En los motores diesel turboalimentados actuales, la mayor parte del proceso de combustin (salvo a condiciones de cargas muy bajas) es por difusin, situacin bajo la cual la llama se desarrolla en condiciones aproximadamente estequiomtrica (Dec, 1997). Al aumentar la altitud, la concentracin de oxgeno en dichas llamas estequiomtricas disminuye, al igual que la temperatura de combustin adiabtica, pudiendo afectar la formacin de xidos de nitrgeno y otros contaminantes.

Fig. 3: Efecto de la altitud sobre la temperatura de combustin adiabtica a presin constante para un motor de aspiracin natural y uno turboalimentado

En esta figura la lnea a trazos corresponde al motor de aspiracin natural. Las lneas continuas, de inferior a superior, corresponden a un motor turboalimentado con grados de turbo alimentacin de 1, 1.5, 2 y 2.5, respectivamente.En la Figura 4 se observa el efecto de la altitud sobre la disponibilidad de oxgeno de una llama estequiomtrica, calculado a partir de la siguiente expresin:(3)

Normalizando con las condiciones al nivel del mar, y combinando con la ecuacin (2):Donde m es masa, y los subndices indican: a: aire, f: combustible. Las tendencias mostradas en las Figuras 3 y 4 permiten explicar las reducciones en las emisiones de NOx con la altitud reportada en la literatura revisada. Los combustibles oxigenados, como el biodiesel, seran de mayor inters a mayor altitud, ya que pueden cumplir un papel importante de sustitucin de las carencias de oxgeno areo y modificar las condiciones de estequiometria del proceso, y por tanto las de la mezcla.(4)

Fig. 4: Efecto de la altitud sobre la fraccin msica de oxgeno disponible en la llama estequiomtrica. Y(O2)llama,0 = 0.21673

Tiempo de retrasoEl tiempo de retraso se ha calculado usando la correlacin (5), sugerida por Wolfer (Heywood, 1988), debido a que sta fue obtenida empleando un sistema de inyeccin similar al de los motores diesel, y a que el combustible usado tena un nmero de cetano similar al empleado para determinar el efecto de la relacin combustible-aire y las presiones y temperaturas en el momento de la inyeccin fueron similares a las calculadas en este trabajo (proceso de compresin poli trpico con exponente poli trpico 1.35 y relacin de compresin volumtrica tpica de 17:1).(5)

Donde los valores de las constantes son: A1 = 0.44 msatmn, n = 1.19 y EA/R = 4650 K (Heywood, 1988), y donde presin y temperatura se refieren a las condiciones de compresin, identificadas a continuacin con el subndice comp. Normalizando la ecuacin (5) respecto al nivel del mar se obtiene:

(6)

Tal y como muestra la Figura 5, el tiempo de retraso del motor de aspiracin natural aumenta con la altitud, mientras que en el motor turboalimentado, que mantiene invariable la potencia con la altitud, tiende a disminuir, cualquiera que sea la relacin de compresin del turbocompresor a nivel del mar, debido a que mantiene aproximadamente constante la presin y la temperatura en el momento de la inyeccin. En esta figura la lnea a trazos corresponde al motor de aspiracin natural. Las lneas continuas, de inferior a superior, corresponden a un motor turboalimentado con grados de turbo alimentacin de 1, 1.5, 2 y 2.5, respectivamente.

Fig. 5: Efecto de la altitud sobre el tiempo de retraso

Tiempo aparente de combustin y longitud de llama.El tiempo aparente de combustin (ACT) se ha calculado a partir de la expresin obtenida por Arrgle et al., (2003):(7)

Donde k1 es una constante de proporcionalidad, r es la densidad del gas en la cmara, u0 es la velocidad del chorro a la salida del inyector y f0 el dimetro del inyector. El subndice indica que el clculo se realiza desde el inicio de la inyeccin hasta el final de la combustin. Si se dejan constantes los parmetros de inyeccin u0 y f0 y se normaliza el tiempo de combustin aparente respecto al nivel del mar, se obtiene la siguiente expresin (despreciando la variacin del peso molecular del aire con la altitud):(8)

En la Figura 6 se muestra el efecto de la altitud sobre el ACT, observndose un incremento ms pronunciado en los motores de aspiracin natural que en los turboalimentados (en esta ocasin independientemente del grado de turbo alimentacin). En esta figura la lnea a trazos corresponde a un motor de aspiracin natural y la continua a uno turboalimentado.

Fig. 6: Efecto de la altitud sobre el tiempo de combustin aparente (ACT)

La longitud de llama se ha calculado usando la ecuacin (9) sugerida por Fenollosa (2003):(9)

Donde k2 es una constante de proporcionalidad, m es masa, es la fraccin msica de oxgeno en el gas de la cmara (que puede ser inferior a la del aire admitido en el caso de existir recirculacin de gases de escape, EGR), rf la densidad del combustible lquido, y f0 el dimetro del inyector. Si se dejan constantes los parmetros rf y f0 y se normaliza el tiempo de combustin aparente respecto al nivel del mar, se obtiene la siguiente expresin, que sera vlida incluso ante la presencia de EGR ya que el cociente de fracciones msicas de oxgeno no se modificara con la altitud:(10)

En la Figura 7 se muestra el efecto de la altitud sobre este parmetro. Se observa que mientras que en los motores de aspiracin natural la llama tiende a aumentar su longitud, en los motores turboalimentados disminuye ligeramente. En esta figura la lnea a trazos corresponde a un motor de aspiracin natural y la continua a uno turboalimentado.

Fig. 7: Efecto de la altitud sobre la longitud de llama

Separacin de entradaLa separacin de entrada se ha calculado a partir de la expresin (11), sugerida por Garca (2004).(11)

donde k3 es una constante de proporcionalidad, y T y r son la temperatura y densidad de los gases en el cilindro en el momento de la inyeccin. Normalizando la ecuacin (11) respecto al nivel del mar, se obtiene la siguiente expresin:(12)

En la Figura 8 se muestra el efecto de la altitud sobre la separacin de entrada, observndose un incremento pronunciado en los motores de aspiracin natural, consecuencia de la menor temperatura y presin de compresin, y una pequea disminucin en los turboalimentados, como consecuencia de los mencionados mecanismos de correccin para la recuperacin de potencia. En esta figura la lnea a trazos corresponde a un motor de aspiracin natural y la continua a uno turboalimentado.

Fig. 8: Efecto de la altitud sobre la separacin de entrada

Efecto sobre las emisiones de NOxComo se justific arriba, tanto la temperatura de combustin adiabtica como la disponibilidad de oxgeno estequiomtrico en la llama, ambas funcin de la altitud, pueden afectar a la formacin de NOx. La dependencia de estas emisiones con la temperatura de combustin adiabtica ha sido estudiada por muchos autores (Ahmad y Plee, 1983; Iida y Watanabe, 1990; Desantes et al., 1996), quienes sugieren una expresin de tipo Arrhenius:(13)

Donde A es una constante, B es la relacin entre la energa de activacin y la constante universal de los gases y Tadiab, es la temperatura de combustin adiabtica. Normalizando esta ltima ecuacin respecto al nivel del mar, se obtiene la siguiente expresin:(14)

Segn los cuales en motores de aspiracin natural se obtienen disminuciones en las emisiones de NOx en torno al 11% para alturas de 1850 msnm, mientras que para motores turboalimentados las mximas reducciones estaban en torno a 2% para alturas de 1600 y 2160 msnm. En esta figura la lnea a trazos corresponde al motor de aspiracin natural. Las lneas continuas, de inferior a superior, corresponden a un motor turboalimentado con grados de turbo alimentacin de 1, 1.5, 2 y 2.5, respectivamente.

Fig. 9: Efecto de la altitud sobre las emisiones de NOx

De los resultados obtenidos en la Figura 9 se comprueba que con diferencia el efecto ms importante en la emisin de NOx con la altitud es la temperatura de combustin adiabtica, ya que sta permite explicar por s sola los resultados experimentales encontrados en la literatura.

CONCLUSIONESPara estudiar el efecto de la altitud sobre los procesos de combustin y de formacin de contaminantes en un motor diesel, no basta con tener en cuenta las variaciones de la presin y de la temperatura ambiental, sino tambin las de la composicin del aire.La composicin del aire afecta a la relacin estequiomtrica combustible/aire, y como consecuencia, a las condiciones de la mezcla en la cmara de combustin necesarias para la combustin por difusin, dominante en motores diesel. Estas condiciones de mezcla pueden observarse a travs de parmetros como la longitud de la llama, la concentracin de oxgeno en la llama o la duracin de la combustin.Las variaciones estimadas sobre el desarrollo de la combustin al variar la altitud son casi inapreciables en el caso de motores turbo-alimentados. Adems, las ligeras reducciones del tiempo de retraso se compensan con los tiempos algo ms largos de duracin de la combustin.La reduccin de las emisiones de NOx con la altitud se debe principalmente a la disminucin de la temperatura de combustin adiabtica, y en menor medida, a la presencia de oxgeno en la llama. Las estimaciones realizadas de ambas variables, y de su efecto sobre la emisin de NOx demuestran que la variacin de la temperatura justifica por s sola las reducciones observadas.

NOMENCLATURASubndicesA1Constante para el clculo del tiempo de retraso

A2Constante para el clculo de las emisiones de NOx

ACTTiempo aparente de combustin

BConstante para el clculo de las emisiones de NOx

EAEnerga de activacin

EGRRecirculacin de gases de escape

FRelacin msica combustible/aire

FLLongitud caracterstica de llama

k1Constante para calcular el tiempo aparente de combustin

k2Constante para calcular la longitud de llama

k3Constante para calcular la separacin de entrada

LOLSeparacin de entrada

nConstante emprica para calcular el tiempo de retraso

pPresin

PMPeso molecular

POCPunto de finalizacin de la combustin

POIPunto de inicio de la inyeccin

RConstante universal de los gases

TTemperatura

tretTiempo de retraso

u0Velocidad del chorro a la salida del inyector

Fraccin molar de oxgeno en el aire

Fraccin msica de oxgeno en el aire

zAltitud sobre el nivel del mar

Dimetro de la tobera del inyector

Densidad

Relacin de compresin del turbo

aAire

adiabAdiabtico

admAdmisin

compCompresin

fCombustible

mtomos de carbono en el combustible

ntomos de hidrgeno en el combustible

stEstequiomtrico

0A nivel del mar

BIBLIOGRAFIAhttp://trabajossecundaria.blogspot.com/2009/10/propiedades-de-la-materia-extensivas-e.html#ixzz1sp7lrUfnUnder Creative Commons License: Attributionhttp://www.automotriz.net/tecnica/motor-condiciones-atmosfericas.htmlhttp://www.andinia.com/a22286.shtmlhttp://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-07642006000500005&script=sci_arttexthttp://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-07642006000500006&script=sci_arttext