Laboratorio de Materiales y Procesosles

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Como resultado del proceso de combustión, se obtienen los productos de la combustión. Estos dependen de la naturaleza del combustible, pero en general se produce vapor de agua, dióxido de carbono y carbón. El hecho de que al quemar combustible se liberan importantes cantidades de energía, le da a estos materiales una particular importancia, ya que pueden ser aprovechados para nuestra utilidad. Las industrias, las fábricas, las plantas de producción de electricidad hacen uso de la combustión para derivar la energía que requieren para funcionar. En la actualidad, los hidrocarburos ocupan en primer lugar entre las fuentes de energía.

La combustión es ampliamente utilizada en los aparatos que nos ayudan a desplazarnos de un lugar a otro (automóviles, autobuses, aviones, barcos, etc.). De la misma manera, la combustión es utilizada en nuestras casas para cumplir múltiples funciones, como en las cocinas de gas o en las cocinillas de gasolina para cocinar nuestros alimentos, en las velas que a veces utilizamos para alumbrarnos, etc.

Cabe resaltar, que el uso indebido de los combustibles puede implicar situaciones lamentables; por ejemplo, cuando no se puede controlar el fuego, podemos decir que estamos frente a un incendio.

COMBUSTIÓN DEL DIESEL

Entre las características del diesel están su densidad de 0.832 kg/l (6.9 lb/US gal), un 12% superior a la gasolina. La fórmula química del diesel es C12H23, moviéndose entre los valores C10H20 a C15H28. Su composición química consiste en un 75% de hidrocarburos saturados (básicamente parafinas y cicloparafinas) y un 25% de hidrocarbonos aromáticos, incluyendo naftalenos y alquilbencenos. Por lo anterior, La fórmula química de la combustión del gas del diesel es 4 C12H23 +71 O2 –> 48 CO2 + 46 H2O.

Más del 86% de la masa total del diesel es carbónica, permitiendo un valor de calentamiento neto de 43.1 MJ/Kg, muy similar al de la gasolina. Pero dada su mayor densidad, el diesel tiene una potencia energética por unidad de volumen un 10% mayor que la gasolina. Este dato de energía liberada es importante para lograr identificar un material adecuado que resista las constantes liberaciones de energía en el pistón.

COMBUSTÍÓN EN UN MOTOR DE DIESEL

Un ciclo Diesel es una aproximación teórica al comportamiento de un motor de encendido por compresión. Se representa en un diagrama p-V como en la figura adjunta. Siendo sus fases las siguientes:

[pic 2]

Admisión E-A. El pistón desciende mientras la válvula de admisión permanece abierta, absorbiendo aire a presión constante de la atmósfera. Se representa como una línea horizontal.

Compresión A-B. Asciende el pistón estando cerradas las válvulas de admisión y de escape, se produce la comprensión del aire sin intercambio de calor, es decir es una transformación adiabática.

Combustión B-C. Un instante antes de que el pistón alcance el PMS y hasta un poco después de que comience la carrera descendente, el inyector introduce gasoil en el cilindro produciéndose la combustión a presión constante durante un instante de tiempo mayor que en el motor de encendido por chispa (es la diferencia más notable con el ciclo de Otto, estudiado anteriormente). Ambas válvulas se mantienen cerradas.

Expansión C-D. La reacción química exotérmica producida en la combustión genera energía que impulsa el pistón hacia abajo, aportando trabajo al ciclo, correspondiendo esta transformación a una curva adiabática, las válvulas de admisión y de escape permanecen cerradas.

Escape D-A y A-E. La válvula de escape se abre, el pistón prosigue su movimiento ascendente y va barriendo y expulsando los gases de la combustión, cerrándose el ciclo al producirse una nueva admisión de aire cuando se cierra la válvula de escape, a continuación se abre la de admisión y el pistón continúa su carrera descendente.

Como la cantidad de aire que sale y la que entra en el cilindro es idéntica podemos considerar que es el mismo que ha sufrido un proceso de enfriamiento que se produce en dos fases, cuando alcanza el pistón el PMI, el volumen se mantiene aproximadamente constante y se representa en el diagrama como la isócora D-A, para posteriormente ser expulsado al exterior a presión constante (la de la atmósfera), representándose por la isóbara A-E. Con lo que se cierra el ciclo, tras dos movimientos de subida y bajada del pistón, tras dos vueltas del cigüeñal, que corresponden con los cuatro tiempos del motor.

Observando el ciclo Diesel ideal, podemos considerar despreciables los procesos de admisión y de escape a presión constante A-E y E-A, puesto que son idénticos en la gráfica y de sentido opuesto, por lo que el calor y el trabajo intercambiados entre ellos se anulan mutuamente.

En el motor, este ciclo se visualiza de esta manera:

[pic 3]

Admisión: A medida que el pistón comienza a moverse hacia abajo del orificio, la válvula de entrada se abre y el aire es aspirado

[pic 4]

Compresión: La válvula de entrada se cierra en la parte inferior del golpe. El pistón se eleva para comprimir el aire.

[pic 5]

Encendido: El combustible se rocía en la parte superior del golpe, encendiendo al pistón y forzándolo a descender.

[pic 6]

Escape: En el desplazamiento hacia arriba del pistón, la válvula de escape se abre y el gas quemado se expulsa.

PARTES DE UN MOTOR DE DIESEL

[pic 7]

BLOQUE: Es la estructura básica del motor, en el mismo van alojados los cilindros, cigüeñal, árbol de levas, etc. Todas las demás partes del motor se montan en él. Generalmente son de fundición de hierro o aluminio.

Pueden llevar los cilindros en línea o en forma de V. Lleva una serie de aberturas o alojamientos donde se insertan los cilindros, varillas de empuje del mecanismo de válvulas, conductos del refrigerante, los ejes de levas, apoyos de los cojinetes de bancada y en la parte superior lleva unos taladros donde se sujeta el conjunto de culata.

[pic 8]

CIGÜEÑAL: Es el componente mecánico que cambia el movimiento alternativo en movimiento rotativo. Esta