Parámetros Técnicos y Procesos de Combustión en Motores MEP y MEC

Curvas Características del Motor

Las curvas características permiten entender el comportamiento del motor bajo diferentes condiciones de operación:

• Curvas Características de Velocidad: Representan la variación de las magnitudes fundamentales del motor, como la potencia efectiva (Ne), el par motor (Me), el consumo específico (gef) y el rendimiento volumétrico (ηV), en función del régimen de giro (cm) manteniendo un grado de carga constante.
• Curvas Características de Carga: Muestran la variación de magnitudes como el consumo específico (gef), el rendimiento volumétrico (ηv) y la temperatura de escape (Tescape) en función del grado de carga (par motor Me, presión media efectiva pme, etc.) para un régimen de giro determinado.
• Curvas Multiparamétricas: Analizan la variación de las magnitudes (Ne, Me, gef, ηV) combinando tanto el régimen de giro (Cm) como el grado de carga.

Renovación de la Carga

La renovación de la carga es el proceso mediante el cual se sustituyen los gases quemados por aire fresco (en motores diésel) o una mezcla aire-combustible (en motores de gasolina). Este proceso comprende las fases de escape y admisión.

Importancia de una buena renovación

Optimizar este proceso permite:

• Aumentar la potencia y el par motor.
• Reducir el consumo de combustible.
• Disminuir las emisiones contaminantes.
• Reducir el ruido del motor.

Es fundamental recordar que la potencia aumenta proporcionalmente a la masa de aire que ingresa al cilindro.

Rendimiento Volumétrico (ηv)

El rendimiento volumétrico es la relación entre la masa de aire que realmente entra al cilindro y la masa de aire que teóricamente podría entrar en condiciones ideales.

• ηv = 1: Representa un llenado perfecto.
• ηv > 1: Es posible alcanzarlo aprovechando los fenómenos de inercia y un diseño optimizado de la admisión.
• ηv < 1: Es la situación normal en motores atmosféricos.

¿Por qué disminuye el rendimiento volumétrico?

Existen varios factores que limitan el llenado del cilindro:

• Calentamiento del aire al entrar en contacto con las paredes calientes.
• Pérdidas de presión y rozamiento en los conductos.
• Generación de turbulencias.
• Apertura y cierre no instantáneos de las válvulas.

Factores que afectan al Rendimiento Volumétrico

Presión de Admisión

Para un llenado óptimo, conviene que exista una mayor presión en el colector de admisión que dentro del cilindro en el momento de abrir la válvula. Esto justifica el AAA (Avance de Apertura de Admisión). Si la presión fuese mayor dentro del cilindro, los gases residuales saldrían hacia el colector, dificultando la entrada de aire fresco.

Pérdidas de Carga

Las principales causas de pérdida de carga son:

• La válvula de mariposa (especialmente en motores de gasolina).
• Un filtro de aire sucio u obstruido.
• El rozamiento aerodinámico en los conductos de admisión.

Diagrama de Distribución

El diagrama de distribución define los momentos exactos de apertura y cierre de las válvulas. Los ángulos principales son:

• AAA: Avance de Apertura de Admisión.
• RCA: Retraso de Cierre de Admisión.
• AE: Avance al Encendido.
• AAE: Avance de Apertura de Escape.
• RCE: Retraso de Cierre de Escape.

Variación del Rendimiento Volumétrico según el tipo de motor

Motores Diésel (MEC)

En los Motores de Encendido por Compresión (MEC), el rendimiento volumétrico varía muy poco con la carga. Solo se observa una ligera disminución debido al incremento de la temperatura interna.

Motores de Gasolina (MEP)

En los Motores de Encendido Provocado (MEP), el ηv varía significativamente con la carga, ya que la mariposa de gases regula directamente la cantidad de aire. El rendimiento es máximo a plena carga y mínimo al ralentí.

Soluciones para mejorar el ηv a alto régimen

• Aumentar el tamaño de la válvula de admisión.
• Mejorar el diseño de las pipas (conductos en la culata).
• Implementar culatas multiválvulas (ej. 4 válvulas por cilindro).

Sobrealimentación

Los motores atmosféricos están limitados por la presión ambiental. La sobrealimentación busca aumentar la masa de aire introducida mediante:

1. Incremento de la presión: Uso de un compresor o turbocompresor.
2. Disminución de la temperatura: Uso de un intercooler para densificar el aire.

Resultado

Más aire + Más combustible = Más potencia.

Fases de la Combustión Normal (MEP)

En los motores de gasolina, tras el encendido por la chispa, se distinguen las siguientes fases:

• Fase inicial (α1): Combustión laminar.
• Fase principal (α2): Combustión turbulenta. Aquí se quema la mayor parte de la mezcla y se alcanza la presión máxima.
• Fase final (α3): Combustión de la mezcla residual cercana a las paredes de la cámara.
• Extinción: Finalización total del proceso.

Combustión Anormal

• Picado (Detonación): Autoinflamación simultánea de la mezcla aún no quemada (end gas) debido al exceso de presión y temperatura. Genera ondas de choque que pueden dañar los componentes mecánicos.
• Encendido Superficial: Provocado por puntos calientes en la cámara que inician frentes de llama descontrolados.

Fases de la Combustión Normal en Motores Diésel (MEC)

1. Tiempo de retraso (Ángulo de retraso): Intervalo entre el inicio de la inyección y el comienzo de la combustión. Se divide en:
   • Retraso físico (10%): Vaporización y mezcla del combustible.
   • Retraso químico (90%): Reacciones previas a la inflamación.
2. Periodo de combustión rápida (Premezclada): El combustible acumulado se quema súbitamente. Un exceso en esta fase provoca la "marcha dura" o ruido característico del diésel.
3. Periodo de combustión lenta (Por difusión): El combustible restante se quema a medida que sale del inyector y encuentra oxígeno. Es un proceso más progresivo.