Preguntas y respuestas sobre combustión, poder calorífico y motores de combustión interna

Resumen

Recopilación de preguntas y respuestas sobre motores de combustión interna alternativos (MCIA): combustión completa, entalpía de formación, poder calorífico superior e inferior, ventajas de las multiválvulas, sobrealimentación, barrido por cárter, inyección indirecta, rail común y refrigeración. Es útil para repasar conceptos básicos de termodinámica y tecnología del motor.

Puntos clave

La combustión completa transforma el C en CO2, el H2 en H2O y el S en SO2, y exige aportar más aire del estoiquiométrico por la mezcla imperfecta.
La entalpía de formación de los elementos en su estado estándar es cero.
El PCS incluye el calor de condensación del vapor de agua; el PCI no, por lo que PCS > PCI.
Las soluciones multiválvulas aumentan la superficie útil, aceleran el aire y favorecen una propagación de la llama más rápida y uniforme.
La sobrealimentación de un MCIA de 4T puede lograrse con alimentación dinámica, compresores volumétricos, centrífugos o turbocompresores.
En el barrido por cárter de un MCIA de 2T, la precompresión en el cárter impulsa los gases frescos hacia el cilindro.
La inyección indirecta pulveriza la gasolina en los colectores de admisión y es más común en motores Otto.
El sistema common rail distribuye gasóleo a presión alta a todos los inyectores en motores Diesel de inyección directa.

Ponte a prueba

Combustión

15. ¿Es posible realizar una combustión completa si hay exceso de aire y no se quema todo el combustible?

No. La combustión completa se produce cuando todo el combustible reacciona con el oxígeno, transformándose el C en CO₂, el H₂ en H₂O y el S en SO₂. Para una combustión completa real, es necesario aportar más aire debido a la mezcla incompleta del combustible y el comburente, pero debe quemarse completamente el combustible.

16. ¿Cuál es el valor de la entalpía de formación de los elementos estables?

La entalpía de formación de los elementos en su estado estándar (la forma más estable a 25°C y 1 atm) es cero.

Poder Calorífico

17. Explica las diferencias entre el poder calorífico superior y el inferior de un combustible.

El Poder Calorífico Superior (PCS) es la cantidad de calor desprendido en la combustión cuando el vapor de agua originado está condensado (fase líquida). El Poder Calorífico Inferior (PCI) es la parte que no aprovecha la energía de condensación, expulsándose el agua en forma de vapor (fase gaseosa). El valor del PCS es mayor que el del PCI.

Ventajas Multiválvulas

18. ¿Cuáles son las ventajas de una solución multiválvulas de un MCIA?

Un mayor número de válvulas de mayor tamaño ofrece mayor superficie aprovechable. Al ser menores los conductos, el aire circula más rápidamente. En motores de 4 o más válvulas, estas se colocan radialmente situando la bujía en el centro, lo que provoca una propagación de la llama más rápida y uniforme. A alto régimen, cuando aumenta la velocidad, el rendimiento aumenta, siendo más bajo al principio, a régimen bajo y medio.

Sobrealimentación

19. Enumera los distintos sistemas de sobrealimentación de un MCIA de 4 tiempos.

Alimentación forzada dinámica
Compresores volumétricos
Compresores centrífugos
Turbocompresores

Barrido por Cárter

20. Explica en qué consiste un barrido por cárter de un MCIA de 2T.

El barrido es el proceso mediante el cual los gases frescos empujan a los gases quemados por el escape. En un MCIA de 2T, el pistón genera una precompresión en el cárter que permite que los gases frescos tengan una presión superior a la del interior del cilindro, facilitando su entrada al mismo. A este proceso se le conoce como "barrido por cárter".

Inyección Indirecta

21. Explica en qué tipo de MCIA se utiliza la inyección indirecta de combustible.

En la inyección indirecta, la gasolina es pulverizada en los colectores de admisión. Puede utilizarse inyección indirecta tanto para Diesel como para Otto, pero es más común en los Otto (gasolina).

Rail Común

22. Describe con brevedad un sistema de rail común de inyección de combustible.

Es un sistema que permite llevar el gasóleo del depósito de combustible a todos los inyectores (y al cilindro por presión alta), pasando por una bomba de alta presión y un "rail común", que es el que lo distribuye. Se utiliza en motores Diesel de inyección directa.

Refrigeración

23. Explica por qué no se puede utilizar la ecuación general de transmisión de calor en el cálculo de la refrigeración de un MCIA.

La solución es utilizar la ecuación de Eichelberg: siendo S la superficie expuesta, C_m la velocidad lineal media y p la presión instantánea. Existen otras ecuaciones empíricas, como la de Woschni o la de Taylor y Toong.

Preguntas frecuentes

¿Puede haber combustión completa con exceso de aire?

Sí, el exceso de aire es necesario en la práctica para compensar la mezcla incompleta, pero el combustible debe quemarse totalmente para que la combustión sea completa.

¿Cuál es la diferencia entre PCS y PCI?

El PCS es el calor desprendido cuando el vapor de agua de la combustión se condensa; el PCI no aprovecha esa energía de condensación, pues el agua sale como vapor. Por ello el PCS siempre es mayor que el PCI.

¿Qué es el barrido por cárter en un MCIA de 2T?

Es el proceso en el que el pistón genera una precompresión en el cárter que hace entrar los gases frescos al cilindro con más presión que la interior, empujando los gases quemados hacia el escape.