Juan Carlos Goñi Delión - Manual de combustibles alternativos y tecnología automotriz

Los motores de combustión interna son máquinas térmicas que utilizan la energía del combustible transformándola en trabajo mecánico giratorio.

A través del tiempo se han desarrollado diferentes máquinas y motores tanto de combustión interna como de combustión externa, de acuerdo con las diferentes necesidades y condiciones de utilización.

Se cuenta con motores de combustión externa, como la máquina de vapor o los calderos, donde la energía de calor es exterior al mecanismo de funcionamiento. En los motores de combustión interna, la energía térmica se encuentra en la cámara de combustión de la máquina. Los equipos más relevantes en este campo son los motores Otto y los motores Diésel.

Un motor de combustión interna para su funcionamiento necesita de un combustible gaseoso o líquido vaporizado, de tal manera que se producirá una explosión dentro de su cámara de combustión, y finalmente, a través de un sistema de mecanismo mecánico, se transforma dicha explosión en trabajo mecánico giratorio.

Los dos ciclos termodinámicos más importantes de los motores de combustión interna son el ciclo Otto y el ciclo Diésel. El primero puede usar como combustible gasolina, GLP, gas natural, o inclusive alcohol o mezclas. El ciclo Diésel puede usar como combustible petróleo diésel, biodiésel, o mezcla.

Se han tomado datos experimentales del consumo de combustible para un motor Diésel y un motor a gasolina en función del régimen o rpm del eje cigüeñal del motor. El consumo de combustible tiene un incremento parabólico con las rpm del motor, partiendo de un valor inicial que corresponde al consumo de combustible en mínimas revoluciones, para vencer las pérdidas propias de cada motor.

Los valores de referencia para un motor a gasolina son 0,7 kg/h de combustible a 800 rpm. El motor tiene una cilindrada de 1400 cm 3. Y los valores de referencia para un motor Diésel son 0,5 kg/h de combustible a 800 rpm y 1900 cm 3de cilindrada. En ambos casos se trabajó sin carga, es decir, el motor solo vencía la resistencia del freno dinamométrico. Dicha resistencia es de un Nm de torque, según la curva de error del freno empleado.

El consumo específico de combustible indica la relación entre el consumo de combustible y la potencia para un determinado régimen o velocidad angular. Según este criterio, el parámetro de consumo específico de combustible tiende a subir parabólicamente con el aumento de las rpm, y alrededor de las 2500 rpm la curva alcanza su valor mínimo, para luego, a 3000 rpm, iniciar su ascenso parabólico. Este resultado es razonable, pues a altas revoluciones el consumo de combustible crece con tendencia cuadrática. Este comportamiento es razonable comparado con otros motores de combustión interna.

La eficiencia de los motores de combustión interna se mide como la relación entre la potencia efectiva del eje cigüeñal del motor y la potencia entregada por el combustible.

La potencia del motor está dada por:

La potencia entregada por el combustible es el consumo de combustible por el poder calorífico inferior del mismo.

Pot comb= m*. PC comb, donde “m*” es flujo de masa en kg/h o equivalente, “PC comb” es el poder calorífico en kJ/kg o similar

La expresión de la eficiencia del motor será:

Es importante resaltar que la eficiencia de un motor depende de muchas variables, tales como la presión de admisión, presión ambiente, relación de compresión, presión de escape, coeficiente de llenado de mezcla, y otras más. No obstante, para nuestro estudio consideramos los distintos tipos de combustible y mezclas, de tal manera que la eficiencia del motor estará en función del respectivo poder calorífico.

En este capítulo se han desarrollado los principios fundamentales que permiten entender los diferentes campos tecnológicos que exige la investigación de combustibles alternativos. Es necesario conocer los orígenes en la utilización de la energía convencional y la no convencional, sus efectos sobre el medio ambiente y el planeta, para lograr una mayor atención sobre el estudio realizado.

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