Combustion

UNIDAD IV

COMBUSTION

GENERALIDADES DE LA COMBUSTION

4.1 Teoría de la combustión

4.2 Detonación y octanaje

4.3 Combustibles

4.4 graficas de combustión

4.5. Potencia en altitud

4.6 Combustión en los Motores rotativos

El estudio de la combustión es de gran importancia debido a que en la mayoría de los ciclos de los motores térmicos, el calor liberado en el proceso de combustión, constituye la fuente de energía. Puesto que los combustibles c contienen altos porcentajes de carbono e hidrógeno los productos de la combustión estarán formados por:

. Óxido de carbono

. Humedad (óxido de hidrógeno)

El proceso total de la combustión por el cual es liberado el calor puede expresarse Simplemente como:

Combustible+ aire- --+calor liberado+ productos de combustión

La cantidad de calor liberado dependerá de la naturaleza del combustible

(Composición química) y del grado de oxidación de los constituyentes.

4.1.- TEORIA DE LA COMBUSTIÓN

DEFINICION- Se llama combustión al conjunto de fenómenos químicos, físicos y termodinámicos que acompañan la combinación de unos cuerpos con el oxígeno.

La combustión es sinónimo de oxidación consiste en la unión del oxígeno con una sustancia combustible.

MEZCLA CARBURADA.-Es la formada por un combustible líquido al estado de

Vapor o de un gas y del aire ambiente.

COMBURENTE- es el aire que lleva el oxígeno necesario para la combustión,

CARBURANTE.S e llama así a los combustibles líquidos o hidrocarburos.

La combustión nunca es instantánea pero se propaga en la masa gaseosa a una velocidad variable, relativamente rápida. Se designa generalmente con el término de "explosión" término impropio ya que la velocidad de la combustión es inferior a la de la Oxidación de los explosivos.

TEMPERATURA DE INFLAMACIÓN.- Es la temperatura mínima que poseen las moléculas de una mezcla (partícula en cada caso) para que entren espontáneamente en combustión. Un exceso de carburante, así como un aumento de la presión tienen por efecto elevar dicha temperatura de inflamación por ejemplo:

. Para la mezcla petróleo-airees de 3S0o C

. Para la mezcla gasolina-airees de 380o C

. Para la mezcla benzol-airee s de 420" C

. Para la mezcla alcohol-aires de 460o C

PROPAGACION DE LA LLAMA

Propagación normal se muestra en la figura4. 1.

Donde

dx = volumen de gas que se quema en un tiempo dt

dX = expansión de este volumen durante su combustión

dx/dt= Vo (velocidad de las reacciones químicas)

dx/dt = Y (velocidad de traslación)

Los gases que están junto al electro do de la bujías e inflaman cuando brota la chispa (corno se muestra en la figura 4.1).

La capa contigua de gases no quemados todavía se le transmite por conducción parte del calor desarrollado por la combustión, llegando así esta capa a su temperatura de inflamación y entra en la fase de combustión

De esta manera y progresivamente e l frente de llama se extiende y progresa en la cámara de combustión con, una rapidez que depende de la velocidad de combustión (V o) y de la velocidad d e translación (v).

La velocidad de combustión se refiere ala velocidad de las reacciones químicas

La velocidad de translación se refiere al movimiento físico del frente de llama con relación a las paredes de la cámara de combustión. Esta velocidad resulta de la expansión de los gases quemados (A) que comprime a los gases por quemar (B) V del movimiento de turbulencia de los gases.

REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA COMBUSTIÓN. El mejor rendimiento térmico del motor implica una duración muy corta de la combustión (F igura4.2).

VELOCIDAD Y DURACIÓN DE LA COMBUSTIÓN

La figura4 .2 indica una velocidad de combustión normal, donde:

.

En A la velocidad le corresponda el valor Vo.

De A a B podría crecer continuamente i la influencia de la presión y temperatura no estuviesen neutralizadas por las pérdidas térmicas de las paredes.

La velocidad se estabiliza y llega aproximadamente a una velocidad de 37 m/s.

De B a c Ia velocidad disminuye y llega a un valor final de Vo.

Fig. 4.2 velocidad de combustión

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMBUSTIÓN

Con respecto a su velocidad son:

a) Clase de combustible.- Es lógico pensar que cuanto más baja sea la temperatura de inflamación más, rápidamente se llegue a ella por conducción térmica y más rápida sea la combustión. La mezcla carburada tendrá una velocidad de combustión más rápida (Ti = 380"c) que la mezcla de

Alcohol-aire (Ti = 460oc).

b) Tipo de mezcla.- En ella influyen los factores de:

- Temperatura

- Presión

- Homogeneidad

- Dosificación

- Vaporización (para su velocidad de combustión)

c) Calidad de la chispa.- La combustión se inicia más aprisa con la temperatura que produce la chispa.

d) Conductibilidad térmica. L a velocidad de la combustión v aria en el mismo sentido que la conductibilidad térmica y en sentido inverso del calor específico del carburante.

Con respecto a la reducción del trayecto de la llama se tiene en cuenta:

a) Forma de la cámara de combustión.- Siempre es interesante reducir el

Desplazamiento del frente de llama, teniendo una cámara de combustión más

Compacta. Ya que así se reducen las pérdidas de calorías por las paredes y se

Aumenta su rendimiento térmico (figura4 .3 a y b)

b) Número de bujías.- El trayecto del frente de llama disminuye así, como el tiempo de combustión con, el número de bujías. (figura4 .3 c)

.-Surge d e la necesidad de conseguir un mezclado perfecto pudiendo,

c) Turbulencia obtenerse con una cámara de combustión de forma especial, la cual aumenta la agitación y homogeneidad de la mezcla y, como consecuencia el, aumento de la velocidad de combustión (.f igura4 .3 d)

Una combustión normal o de flagrante, comienza e n el instante

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