Análisis del Proceso de Combustión y Factores Clave en Motores de Combustión Interna

Fases de la Combustión en un MEC (Según Ricardo)

El proceso de combustión se realiza por el autoencendido del combustible inyectado en las proximidades del PMS (Punto Muerto Superior).

A) Compresión

El cilindro comprime el aire hasta llegar a las proximidades del PMS, momento en el que se produce la inyección del combustible.

B) Combustión

La combustión se realiza por el autoencendido del combustible en las proximidades del PMS. La combustión se realiza en tres fases, las cuales fueron estudiadas por Ricardo:

1. 1ª Fase: Comprende desde que comienza la inyección de combustible hasta que aparece la llama. Esta fase es conocida como *periodo de retraso*.
2. 2ª Fase: Se caracteriza por un rápido aumento de la presión, debido al inicio de la combustión. Esta fase se realiza prácticamente a volumen constante.
3. 3ª Fase: Tiene lugar desde que se alcanza la presión máxima hasta que finaliza el proceso de combustión, en un punto más o menos avanzado en la carrera de expansión.

En los MEC se producen pérdidas de calor equivalentes a las de los MEP, y también pérdidas de calor debido a las necesidades de refrigeración del motor.

C) Expansión

En esta fase se expanden los productos resultantes de la combustión.

Diagrama p-v Real de un MEP y sus Pérdidas

Dibujillo

A) Pérdidas de Tiempo (6%)

Al final de la carrera de compresión, cuando salta la chispa y comienza la combustión, la presión aumenta debido al propio movimiento del pistón y al propio proceso de combustión, desviándose la línea de compresión hacia arriba, con la consiguiente pérdida de calor. Un fenómeno similar ocurre en la parte superior, ya que hay una pérdida debida a que la combustión se ve contrarrestada en parte por el desplazamiento del pistón hacia el PMI (Punto Muerto Inferior).

B) Pérdidas de Calor (12%)

La necesidad mecánica de refrigerar el motor nos lleva a un proceso de combustión no adiabático, con las consiguientes pérdidas de calor, pérdidas que son cualitativamente importantes por el punto de evolución donde se producen (en las proximidades del PMS).

C) Pérdidas de Escape (2%)

Debido al avance en la apertura de la válvula de escape, se produce una pérdida de aire que hace que el proceso no sea isentrópico. El rendimiento del ciclo real es, por tanto, aproximadamente un 20% menor que el teórico.

Factores que Limitan el Diámetro Máximo de los Cilindros en un Motor de Encendido por Chispa

Tanto en MEP como en MEC, al aumentar la cilindrada aumenta la potencia y disminuye la velocidad. Al aumentar la cilindrada, también aumentan las tensiones térmicas, así como las temperaturas locales. Al aumentar la cilindrada disminuye la pérdida de calor por unidad de superficie del pistón y mejora el rendimiento.

En los MEP, el diámetro máximo se halla limitado por el fenómeno de la detonación, ya que mientras mayor sea el diámetro, mayor será la tendencia a la detonación debido al aumento del gradiente de temperaturas y al recorrido más amplio de la llama.

En los MEC, el aumento de diámetro reduce el tiempo de retraso y, por tanto, limita la marcha dura del motor. Se reducen los problemas de arranque en frío. Es por ello por lo que los motores diésel usan normalmente cilindradas mayores.

Elección de la Relación de Compresión en un Motor de Encendido por Chispa

La relación de compresión de un MEP está ligada al rendimiento de este, siendo además un factor muy importante.

Por otro lado, un aumento en la relación de compresión de un motor trae consigo un aumento de la detonación, por lo que se busca la máxima relación de compresión posible sin que se produzca detonación.

La detonación es el fenómeno por el cual una parte de la mezcla, que queda sin quemar en el proceso de combustión, se autoinflama o sufre inflamación debido a las altas temperaturas del cilindro.

Dibujillos

Diferencias Esenciales entre un Motor de Encendido por Chispa (MEP) y un Motor Diésel (MEC)

• Lugar donde se forma la mezcla: Mientras que en un MEP la mezcla de aire y combustible se realiza en el carburador, en los MEC el combustible se inyecta directamente en el cilindro, donde se encuentra el aire a alta presión.
• Naturaleza del combustible: En los MEP es conveniente el empleo de combustibles volátiles (gasolina) ya que facilita el proceso de formación de la mezcla. En los MEP se emplean combustibles más pesados (gasoil-diésel) que, por tener un carácter más lubricante, facilita la labor del equipo de inyección además de facilitar la autoinflamación.
• Potencia específica: Los MEP tienen potencias específicas, en general, mayores que los MEC no sobrealimentados, debido a su régimen de revoluciones y a su presión media efectiva más elevada.

Efecto de la Sobrealimentación en el Rendimiento y Potencia de un Motor Diésel

La sobrealimentación es un proceso que consiste en aumentar el llenado de la cámara de combustión de mezcla aire-combustible en los MEC, a través de compresores, con el fin de obtener mayor rendimiento.

La sobrealimentación de un motor provoca un aumento del gradiente de temperaturas y de las tensiones térmicas; sin embargo, las pérdidas de calor son menores que en los motores de aspiración natural.