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UNIDAD 1 COMBUSTIBLES Y COMBUSTION
Tipos de combustibles Los combustibles son la fuente de energía que hace funcionar múltiples maquinarias en los sectores industriales, automotores, marítimos, etc. Un ejemplo de ello es el motor de combustión interna, cuando se incendia la mezcla aire-combustible dentro del cilindro, la fuerza de la explosión es la que impulsa el pistón hacia abajo, movimiento lineal que se transfiere al cigüeñal como un giro a través de la biela, este luego lo pasa a la transmisión, para luego llegar a las ruedas y mover el vehículo. Los combustibles fósiles aún hoy se encuentran tan presentes en el proceso de generación de energía pese a su elevada contaminación. Los combustibles se definen como: cualquier material con la capacidad de liberar energía al oxidarse de forma violenta con desprendimiento de calor. Los más populares son la gasolina y el diésel, pero, además existen otros tipos de combustibles para vehículos en el mercado. tipos más comunes de combustibles : Gasolina: es una mezcla de hidrocarburos obtenida de la destilación fraccionada del petróleo que es utilizada mayormente como combustible en diversos tipos de motores de combustión interna que utilicen el ciclo Otto (activado por chispa eléctrica). Diesel o gasoil: se le denomina a un hidrocarburo líquido compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente como combustible en calefacción y en motores que utilicen el ciclo Diésel (activado por compresión). Gas licuado de petróleo: es la mezcla de gases licuados presentes en el gas natural o disueltos en el petróleo conformados principalmente por propano y butano. Funciona como sustituto de la gasolina. Gas natural: es una fuente de energía no renovable formada a base de una mezcla de gases ligeros de origen natural que contiene principalmente
metano. Es el combustible fósil que tiene menor impacto en el medio ambiente. Bio-diésel: es una fuente de energía renovable, ya que está compuesta básicamente por aceites vegetales sin ningún contenido de derivados del petróleo. Etanol: es un compuesto químico que se obtiene de la fermentación de los azúcares y puede utilizarse como combustible, solo, o bien mezclado en cantidades variadas con gasolina. Su uso se ha extendido principalmente para reemplazar el consumo de derivados del petróleo. Electricidad: Es la fuente de energía alterna a los combustibles por excelencia. Cada día se realizan más avances y mejoras en los vehículos eléctricos que permitirán en un futuro depender menos de los combustibles fósiles, así como en los sistemas de almacenamiento de electricidad (baterías) y mejores vías de producir esta electricidad destinada a uso vehicular. Hidrógeno: Es una fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles, que es mucho más amigable con el medio ambiente ya que su combustión solo produce vapor de agua. Igualmente se obtiene a través de celdas de combustible que separan el oxígeno y el hidrógeno del agua. Los motores de hidrógeno usan el ciclo de combustión Otto. 1.- COMBUSTION Cualquier material que puede quemarse para liberar energía se dice que puede producir combustión y por ende recibe el nombre de combustible. La mayoría de los combustibles conocidos se componen principalmente de hidrógeno y carbono, recibiendo el nombre de combustibles hidrocarburos y se denotan por la fórmula general CnHm. Debido a que en la realidad muchas veces no suceden procesos de combustión completa, es decir, si todos los componentes del combustible se queman en la combustión, es necesario explicar la diferencia entre procesos
comienza la combustión. Es decir, indicará la demora de la ignición, y entre mayor sea su valor, menor será la demora. INDICE OCTANOS El índice de octano de una gasolina es una medida de su capacidad antidetonante. Cuando se quema la gasolina en el interior del cilindro del motor del automóvil, la explosión debe ser tal que empuje al pistón de forma suave y continua. Si la combustión es demasiado rápida se produce una detonación que hace que el pistón reciba un golpe brusco y se reduzca la eficiencia del motor. Las gasolinas que tienen un alto índice de octano producen una combustión más suave y efectiva. INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES ATMOSFERICAS EN LA COMBUSTION Los parámetros atmosféricos, son un factor determinante en la eficiencia de la combustión en los motores de aspiración natural. Y si nos centramos en los motores atmosféricos , hay ciertas cuestiones a tener en cuenta, desde la densidad del aire hasta la humedad ambiente , algunos factores atmosféricos que pueden influir, y lo hacen, directamente sobre el rendimiento de nuestro coche. La densidad del aire se puede ver afectada por diferentes factores como la altitud y la temperatura, entre otros, y para nuestro motor es conveniente que sea baja. Si es así, la relación entre el aire y combustible que se suministra al motor es más rica, en tanto que la cantidad de aire en las cámaras de combustión, en relación con el volumen de combustible. En este sentido, hay que tener en cuenta también la temperatura ambiente , que es un factor que influirá directamente sobre la densidad del aire. Así, cuando la temperatura ambiente es mayor, la densidad del
aire disminuye, y por el contrario las temperaturas más bajas provocan una densidad mayor en el aire. Otro factor que afecta a nuestros motores atmosféricos es la humedad , que cuanto mayor sea menor octanaje del combustible requerido para un correcto funcionamiento. Según este factor, por gramo de agua sobre el kilo de agua seco, el octanaje se reduce de 0,25 a 0,35. Precisamente por esto, la inyección de agua en la admisión de aire puede aumentar el índice de octano y evitar el picado de biela. Hablando de un motor atmosférico, es más que evidente que la presión atmosférica va a influir sobre el rendimiento de nuestro motor. Hablamos de la altitud, y cómo afecta este factor sobre la densidad del aire , de nuevo. Más concretamente, los motores de aspiración natural pierden un 10% de potencia por cada 1.000 metros de altitud, luego sin duda es un factor determinante. ANALISIS DE LOS GASES PRODUCTOS DE LA COMBUSTION Los fundamentos básicos del análisis de gases de escape de un motor de combustión interna se rigen por los siguientes parámetros. Del resultado del proceso de combustión del motor se obtienen diversos gases y productos, entre ellos los más importantes son el CO ( Monóxido de carbono ), el CO2 ( Dióxido de carbono ), el O2 ( Oxigeno ) , Hidrocarburos no quemados ( HC ), Nitrógeno, agua y bajo ciertas condiciones Nox ( óxidos de Nitrógeno). Un correcto análisis de las proporciones de los gases puede dar lugar a diagnósticos muy importantes del funcionamiento del motor. El analizador de gases de escape analiza la química de estos gases y nos dice en que proporciones se encuentran los mismos. Todos estos productos se obtienen a partir del aire y del combustible que ingresa al motor, el aire tiene un 80 % de Nitrógeno y un 20 % de Oxigeno (Porcentajes aproximados).
Valores altos del CO, indican una mezcla rica o una combustión incompleta. Normalmente el valor correcto está comprendido entre 0,5 y 2 % , siendo la unidad de medida el porcentaje en volumen.
CO2 (Dióxido de Carbono):
El dióxido de Carbono es también resultado del proceso de combustión, no es toxico a bajos niveles, es el gas de la soda, el anudrido carbónico. El motor funciona correctamente cuando el CO2 está a su nivel más alto, este valor porcentual se ubica entre el 12 al 15 %. Es un excelente indicador de la eficiencia de la combustión. Como regla general, lecturas bajas son indicativas de un proceso de combustión malo, que representa una mala mezcla o un encendido defectuoso.
HC (Hidrocarburos no quemados):
Este compuesto representa los hidrocarburos que salen del motor sin quemar. La unidad de medida es el PPM , partes por millón de partes, recordemos que el porcentaje representa partes por cien partes y el PPM , partes por millón de partes. La conversión seria 1%=10000 ppm. Se utiliza el PPM, porque la concentración de HC en el gas de escape es muy pequeña. Una indicación alta de HC indica : Mezcla rica , el CO también da un valor alto. Mala combustión de mezcla pobre. Escape o aceite contaminado. El valor normal está comprendido entre 100 y 400 ppm.
O2 (Oxigeno): Este compuesto es el oxígeno del aire que sobro del proceso
de combustión. Un valor alto de Oxigeno puede deberse a mezcla pobre, combustiones que no se producen o un escape roto. Un valor de 0% significa que se ha agotado todo el oxigeno, si el Co es alto es indicativo de un mezcla rica. Normalmente el Oxigeno debe ubicarse debajo del 2 %.
Nox (Óxidos de Nitrógeno):
Los óxidos de Nitrógeno se simbolizan genéricamente como Nox , siendo la
"x" el coeficiente correspondiente a la cantidad de átomos de Nitrógeno, puede ser 1, 2,3 etc. Estos óxidos son perjudiciales para los seres vivos y su emisión en muchos lugares del mundo se encuentra reglamentada. Los óxidos de Nitrógeno surgen de la combinación entre sí del oxigeno y el nitrógeno del aire, y se forman a altas temperaturas y bajo presión. Este fenómeno se lleva a cabo cuando el motor se encuentra bajo carga, y con el objetivo de disminuir dicha emisión de gases, los motores incorporan el sistema EGR ,(recirculación de gas de escape). El sistema EGR disminuye las emisiones de óxidos de nitrógenos, por una baja significativa en la temperatura de la cámara de combustión, como consecuencia del ingreso del gas de escape a la misma. Relación Lambda: Se define a la relación Lambda como Rel. Lambda = R. Real / 14. Siendo R.Real la relación en peso aire- combustible real que tiene el motor en ese momento. La relación ideal aire-combustible es de 14.7 gr. de aire y 1 gr. de nafta.
