motores de combustión interna
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UNIDAD I
Motores de combustión interna
1.1 Principales componentes de un motor de combustión interna
Muchas personas en algún momento habrán tenido la oportunidad de ver la parte externa
de motor de gasolina (llamado también "motor de explosión" o "de combustión interna");
sin embargo, es muy probable que también muchas de esas personas desconozcan su
funcionamiento interno.
Cuando decidimos obtener la licencia para conducir un coche o cualquier otro vehículo
automotor, en algunos países se exige responder un test o examen en el que,
precisamente, se incluyen algunas preguntas relacionadas con el principio de
funcionamiento de los motores de térmicos de combustión interna, ya sean de gasolina o
diesel.
Motor de gasolina de un coche o automóvil moderno.
No obstante, como simple curiosidad, quizás tú te hayas interesado también en conocer
cómo funciona un motor de gasolina y cuáles son las partes y piezas que lo integran,
aunque entre tus proyectos a más corto plazo no se encuentre, precisamente, obtener una
licencia de conducción.
Un motor de gasolina constituye una máquina termodinámica formada por un conjunto de
piezas o mecanismos fijos y móviles, cuya función principal es transformar la energía
química que proporciona la combustión producida por una mezcla de aire y combustible en
energía mecánica o movimiento. Cuando ocurre esa transformación de energía química en
mecánica se puede realizar un trabajo útil como, por ejemplo, mover un vehículo
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automotor como un coche o automóvil, o cualquier otro mecanismo, como pudiera ser un
generador de corriente eléctrica.
En líneas generales los motores térmicos de combustión interna pueden ser de dos
tipos, de acuerdo con el combustible que empleen para poder funcionar:
De explosión o gasolina
De combustión interna diesel
Mientras que los motores de explosión utilizan gasolina (o gas, o también alcohol) como
combustible, los de combustión interna diesel emplean sólo gasoil (gasóleo).
Si en algún momento comparamos las partes o mecanismos fundamentales que
conforman estructuralmente un motor de gasolina y un motor diesel, veremos que en
muchos aspectos son similares, mientras que en otros difieren por completo, aunque en
ambos casos su principio de funcionamiento es parecido.
Desde el punto de vista estructural, el cuerpo de un motor de explosión o de gasolina
se compone de tres secciones principales:
1. Culata
2. Bloque
3. Cárter
La culata constituye una pieza de hierro fundido (o de aluminio en algunos motores), que
va colocada encima del bloque del motor. Su función es sellar la parte superior de los
cilindros para evitar pérdidas de compresión y salida inapropiada de los gases de escape.
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En el bloque están ubicados los cilindros con sus respectivas camisas, que son barrenos
o cavidades practicadas en el mismo, por cuyo interior se desplazan los pistones. Estos
últimos se consideran el corazón del motor.
Las disposiciones más frecuentes que podemos encontrar de los cilindros en los
bloques de los motores de gasolina son las siguientes:
En línea En “V” Planos con los cilindros opuestos
Diferente disposición de los cilindros en el bloque de los motores de gasolina: 1.- En línea. 2.- En "V". 3.- Plano de cilindros opuestos.
El cárter es el lugar donde se deposita el aceite lubricante que permite lubricar el
cigüeñal, los pistones, el árbol de levas y otros mecanismos móviles del motor.
Durante el tiempo de funcionamiento del motor una bomba de aceite extrae el lubricante
del cárter y lo envía a los mecanismos que requieren lubricación.
1.2 Principio de funcionamiento
Los motores de combustión interna pueden ser de dos tiempos, o de cuatro tiempos,
siendo los motores de gasolina de cuatro tiempos los más comúnmente utilizados en los
coches o automóviles y para muchas otras funciones en las que se emplean como motor
estacionario.
Una vez que ya conocemos las partes, piezas y dispositivos que conforman un motor de
combustión interna, pasamos a explicar cómo funciona uno típico de gasolina.
Como el funcionamiento es igual para todos los cilindros que contiene el motor,
tomaremos como referencia uno sólo, para ver qué ocurre en su interior en cada uno de
los cuatro tiempos:
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Admisión Compresión Explosión Escape
Ciclos de tiempos de un motor de combustión interna: 1.- Admisión. 2.- Compresión. 3.- Explosión. 4.- Escape.
Funcionamiento del motor de combustión interna de cuatro tiempos
Primer tiempo
Admisión.- Al inicio de este tiempo el pistón se encuentra en el PMS (Punto Muerto
Superior). En este momento la válvula de admisión se encuentra abierta y el pistón, en
su carrera o movimiento hacia abajo va creando un vacío dentro de la cámara de
combustión a medida que alcanza el PMI (Punto Muerto Inferior), ya sea ayudado por
el motor de arranque cuando ponemos en marcha el motor, o debido al propio
movimiento que por inercia le proporciona el volante una vez que ya se encuentra
funcionando. El vacío que crea el pistón en este tiempo, provoca que la mezcla aire-
combustible que envía el carburador al múltiple de admisión penetre en la cámara de
combustión del cilindro a través de la válvula de admisión abierta.
Segundo tiempo
Compresión.- Una vez que el pistón alcanza el PMI (Punto Muerto Inferior), el árbol
de leva, que gira sincrónicamente con el cigüeñal y que ha mantenido abierta hasta
este momento la válvula de admisión para permitir que la mezcla aire-combustible
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penetre en el cilindro, la cierra. En ese preciso momento el pistón comienza a subir
comprimiendo la mezcla de aire y gasolina que se encuentra dentro del cilindro.
Tercer tiempo
Explosión.- Una vez que el cilindro alcanza el PMS (Punto Muerto Superior) y la
mezcla aire-combustible ha alcanzado el máximo de compresión, salta una chispa
eléctrica en el electrodo de la bujía, que inflama dicha mezcla y hace que explote. La
fuerza de la explosión obliga al pistón a bajar bruscamente y ese movimiento rectilíneo
se transmite por medio de la biela al cigüeñal, donde se convierte en movimiento
giratorio y trabajo útil.
Cuarto tiempo
Escape.- El pistón, que se encuentra ahora de nuevo en el PMI después de ocurrido
el tiempo de explosión, comienza a subir. El árbol de leva, que se mantiene girando
sincrónicamente con el cigüeñal abre en ese momento la válvula de escape y los
gases acumulados dentro del cilindro, producidos por la explosión, son arrastrados por
el movimiento hacia arriba del pistón, atraviesan la válvula de escape y salen hacia la
atmósfera por un tubo conectado al múltiple de escape.
De esta forma se completan los cuatro tiempos del motor, que continuarán
efectuándose ininterrumpidamente en cada uno de los cilindros, hasta tanto se
detenga el funcionamiento del motor.
CICLO OTTO
El motor de gasolina de cuatro tiempos se conoce también
como “motor de ciclo Otto”, denominación que proviene del
nombre de su inventor, el alemán Nikolaus August Otto
(1832-1891).
El ciclo de trabajo de un motor Otto de cuatro tiempos, se
puede representar gráficamente, tal como aparece en la
ilustración de la derecha.
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Esa representación gráfica se puede explicar de la siguiente forma:
1. La línea amarilla representa el tiempo de admisión. El volumen del cilindro
conteniendo la mezcla aire-combustible aumenta, no así la presión.
2. La línea azul representa el tiempo de compresión. La válvula de admisión que ha
permanecido abierta durante el tiempo anterior se cierra y la mezcla aire-combustible
se comienza a comprimir. Como se puede ver en este tiempo, el volumen del cilindro
se va reduciendo a medida que el pistón se desplaza. Cuando alcanza el PMS (Punto
Muerto Superior) la presión dentro del cilindro ha subido al máximo.
3. La línea naranja representa el tiempo de explosión, momento en que el pistón se
encuentra en el PMS. Como se puede apreciar, al inicio de la explosión del
combustible la presión es máxima y el volumen del cilindro mínimo, pero una vez que
el pistón se desplaza hacia el PMI (Punto Muerto Inferior) transmitiendo toda su fuerza
al cigüeñal, la presión disminuye mientras el volumen del cilindro aumenta.
4. Por último la línea gris clara representa el tiempo de escape. Como se puede
apreciar, durante este tiempo el volumen del cilindro disminuye a medida que el pistón
arrastra hacia el exterior los gases de escape sin aumento de presión, es decir, a
presión normal, hasta alcanzar el PMS.
El sombreado de líneas amarillas dentro del gráfico representa el "trabajo útil"
desarrollado por el motor.
Las causas para que el motor de gasolina falle o no funcione correctamente pueden
ser muchas. No obstante la mayoría de los problemas que puede presentar un motor
de gasolina se deben, principalmente, a defectos eléctricos, de combustible o de
compresión. A continuación se relacionan algunos de los fallos más comunes:
1.- Defectos eléctricos
Bujía demasiado vieja o con mucho carbón acumulado.
Cables deteriorados que producen salto de chispa y, por tanto, pérdidas de la
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corriente de alto voltaje.
Cable partido o flojo en la bobina de ignición, el distribuidor, las bujías o en el
sistema electrónico de encendido.
La bobina de ignición, el ruptor o el distribuidor que envía la chispa a la bujía no
funciona adecuadamente.
Distribuidor desfasado o mal sincronizado con respecto al ciclo de explosión
correspondiente, lo que produce que la chispa en la bujía se atrase o adelante
con relación al momento en que se debe producir.
Mucho o poco huelgo en el electrodo de la bujía por falta de calibración o por
estar mal calibradas.
Batería descargada, por lo que el motor de arranque no funciona.
Cables flojos en los bornes de la batería.
2.- Fallos de combustible
No hay combustible en el tanque, por lo que el motor trata de arrancar
utilizando solamente aire sin lograrlo.
Hay gasolina en el tanque, en la cuba del carburador o en los inyectores, pero
la toma de aire se encuentra obstruida, impidiendo que la mezcla aire-
combustible se realice adecuadamente.
El sistema de combustible puede estar entregando muy poca o demasiada
gasolina, por lo que la proporción de la mezcla aire-combustible no se efectúa
adecuadamente.
Hay impurezas en el tanque de gasolina como, por ejemplo, agua o basuras,
que se mezclan con el combustible. En el caso del combustible mezclado con
agua, cuando llega a la cámara de combustión no se quema correctamente. En
el caso de basura, puede ocasionar una obstrucción en el sistema impidiendo
que el combustible llegue a la cámara de combustión.
3.- Fallos de compresión
Cuando la mezcla de aire-combustible no se puede comprimir de forma apropiada, la
combustión no se efectúa correctamente dentro del cilindro produciendo fallos en el
funcionamiento del motor. Estas deficiencias pueden estar ocasionadas por:
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Aros de compresión o fuego del pistón gastados, por lo que la compresión de la
mezcla aire-combustible no se efectúa convenientemente y el motor pierde
fuerza.
Las válvulas de admisión o las de escape no cierran herméticamente en su
asiento, provocando escape de la mezcla aire-combustible durante el tiempo de
compresión.
Escapes de compresión y de los gases de combustión por la culata debido a
que la “junta de culata”, que la sella herméticamente con el bloque del motor se
encuentra deteriorada.
Otros defectos que pueden ocasionar el mal funcionamiento del motor de gasolina son
los siguientes:
Cojinetes de las bielas desgastados, impidiendo que el cigüeñal gire
adecuadamente
Tubo de escape obstruido
Falta de lubricante en el cárter, lo que impide que el pistón se pueda desplazar
suavemente por el cilindro llegando incluso a gripar o fundir el motor.
1.3 Sistema de enfriamiento del motor
La temperatura es un parámetro que afecta de manera importante el funcionamiento de
los motores de combustión interna modernos. En algunas partes del motor se tienen temperaturas mayores de 1000°C (cámara de
combustión), en algunos casos los gases de escape salen a 550°C. En un motor más de
la tercera parte de energía que se le suministra a través del combustible se pierde en
forma de calor. El sistema de enfriamiento es el que se encarga de que los diferentes
componentes del motor se mantengan en temperaturas seguras y así evitar que el motor
sufra desgastes prematuros o daños importantes y lograr con ello su máximo rendimiento. Algunas partes del motor que se deben enfriar constantemente son:
Cámara de combustión
Parte alta del cilindro
Cabeza del pistón
Válvulas de escape y de admisión
Cilindro
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Los sistemas de enfriamiento modernos están diseñados para mantener una temperatura
homogénea entre 82° y 113°C. Un sistema que no cumpla los requisitos que se exigen
puede producir los siguientes efectos:
Desgaste prematuro de partes por sobrecalentamiento, en especial en el pistón con
la pared del cilindro.
Preignición y detonación
Daño a componentes del motor o accesorios (radiador, bomba de agua, cabeza del
motor, monoblock, bielas, cilindros, etc.)
Corrosión de partes internas del motor
Entrada de refrigerante a las cámaras de combustión
Fugas de refrigerante contaminando el aceite lubricante
Evaporación del lubricante
Formación de películas indeseables sobre elementos que transfieren calor como los
ductos del radiador
Sobreconsumo de combustible
Formación de lodos por baja o alta temperatura en el aceite lubricante
Es por todo esto importante conocer cómo trabaja el sistema de enfriamiento, las
características que debe tener un buen refrigerante o anticongelante” y las acciones que
pueden afectar de manera negativa al enfriamiento del motor.
OBJETIVO DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO
Reducir la temperatura dentro de rangos seguros de operación para los diferentes
componentes, tanto exteriores como interiores del motor
Disminuir el desgaste de las partes
Reducir el calentamiento de los elementos de la máquina que se mueven unos con
respecto a otros
Mantener una temperatura óptima para obtener el mejor desempeño del motor
Para cumplir con estos objetivos el sistema cuenta con el refrigerante que es la sustancia
encargada de transferir el calor hacia el aire del medio ambiente, y debe tener las
siguientes características:
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Mantener el refrigerante en estado líquido evitando su evaporación. Esto se logra al
cambiar el punto de evaporación de la sustancia refrigerante
Mantener el refrigerante en estado líquido evitando la formación de hielo al bajar la
temperatura ambiente, esto se logra al cambiar el punto de congelación de la
sustancia refrigerante
Evitar la corrosión
Tener una gran capacidad para intercambiar calor
El agua es el fluido de enfriamiento básico porque es abundante, barato y fluye con
facilidad. Los productos químicos que contiene un buen anticongelante mejoran las
propiedades del agua y la convierten en un excelente fluido de enfriamiento. Estas
sustancias están diseñadas para reducir la formación de espuma, reducir cavitación y
evitar la corrosión. La base de casi todos los anticongelantes es el etilenglicol o el
propilenglicol. Casi todos los fabricantes recomiendan una mezcla de 50% de
anticongelante y agua (mitad y mitad),en áreas muy frías la mezcla puede ser más
concentrada pero el límite es 67% (2/3 de anticongelante y 1/3 de agua).
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO
Los sistemas de enfriamiento se clasifican generalmente de acuerdo al tipo de elemento
utilizado para enfriar el motor En algunos casos es un líquido y en otros es aire. Ambos
elementos presentan características muy particulares. En sistemas que manejan aire
como elemento refrigerante, se requieren grandes cantidades de este elemento para
enfriar al motor, por lo cual su uso está restringido a motores pequeños (como en el caso
de algunas motocicletas) o en condiciones muy específicas. Generalmente el aire es
llevado al exterior del cilindro el cual cuenta con una serie de aletas para mejorar la
transferencia de calor, en otras ocasiones el aire es utilizado además para enfriar un
radiador por el cual circula el aceite lubricante y es éste el que realmente enfría al motor. Estos sistemas son muy confiables ya que no presentan fugas de la sustancia refrigerante
pero no son tan eficientes como los que utilizan una sustancia líquida además de que
proporcionan un mejor control de la temperatura en los cilindros y la cámara de
combustión.
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PARTES DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO POR LÍQUIDO
Al sistema de enfriamiento por líquido lo forman:
1. Radiador
2. Tapón de radiador
3. Mangueras
4. Termostato
5. Ventilador
6. Tolva
7. Bomba de agua
8. Poleas y bandas
9. Depósito recuperador (pulmón)
10. Camisas de agua
11. Intercambiador de calor (de aceite para motores a diesel)
12. Bulbo de temperatura
CIRCUITO DEL LÍQUIDO REFRIGERANTE EN EL MOTOR
Una banda acoplada a la polea del cigüeñal mueve la polea de la bomba de agua, ésta
provoca el movimiento del líquido refrigerante del motor hacia el radiador, en él se hace
pasar una corriente de aire movida por el ventilador hacia el líquido refrigerante, lo que le
permite bajar su temperatura y, a través de unas mangueras, este líquido retorna hacia el
motor para volver a iniciar el ciclo.
El líquido que entra al motor transfiere parte del calor generado en la cámara de
combustión removiéndolo de la parte superior del cilindro, de las válvulas de admisión y de
escape, y del mismo cilindro a través de las camisas que lo envuelven y que forman parte
del monoblock. Este líquido caliente es impulsado por la bomba de agua y enviado hacia
el radiador pasando por el termostato concluyendo así el ciclo.
Cuando el motor está por debajo de la temperatura de operación, el termostato bloquea el
flujo de agua hacia el radiador, circulando éste solamente por las camisas de agua para
elevar la temperatura de manera homogénea hasta un nivel óptimo. En días fríos el
termostato permite apenas la circulación de refrigerante suficiente a través del radiador
para eliminar el exceso de calor y mantener una temperatura adecuada en el motor. En
días calurosos es probable que el termostato esté abierto por completo.
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1.4 Emisiones
El término contaminante se refiere a cualquier substancia adicionada al medio ambiente
en una concentración tal, que tenga efectos medibles sobre los seres humanos, las
plantas, los animales o los objetos y materiales en general, podemos considerar entonces
como contaminantes a materiales naturales o artificiales, sólidos, líquidos o gaseosos, los
cuales se dividen en dos grandes grupos que son: primarios y secundarios.
Contaminantes primarios: son aquellos cuya fuente de emisión es directamente
identificable, tales como los compuestos de carbono (CO y CO2), compuestos de
nitrógeno (NO + NO2 = NOx, N2O, NH3), compuestos orgánicos (volátiles o VOC,
hidrocarburos, hidrocarburos aromáticos polinucleares PAH, compuestos carboxílicos),
compuestos de azufre (SO2, SO3, S 2H4), compuestos halogenados, compuestos
metálicos, partículas (finas si diam. < 100µm y gruesas si su diam. > 100 µm) también los
olores han sido considerados en este primer grupo. Estos últimos, no causan problemas
de salud, pero sí, malestar, indisposición y agresividad en los seres humanos.
Contaminantes secundarios: son aquellos que se forman en la atmósfera por reacciones
entre los contaminantes primarios o por reacciones entre los primarios y algunos
componentes que se encuentran en estado natural en la atmósfera.
Los MCIA son una fuente identificable de contaminantes primarios especialmente de
monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), hidrocarburos sin quemar (HC) y
partículas. Estos pueden clasificarse de varias formas, sin embargo para el caso de
análisis de contaminantes, la más conveniente es aquella clasificación según el proceso
de combustión que diferencia los MEP y los MEC, dado que la principal fuente de
contaminación de los motores provienen de los gases de escape productos de la
combustión. Los MEC emiten partículas carbonáceas que se pueden considerar
virtualmente ausentes en los motores que queman gasolina (MEP).
El dióxido de carbono (CO2) es un producto normal de la combustión de cualquier
combustible que contenga carbón, no es tóxico y solo se considera contaminante si supera
la concentración normal en la naturaleza (330ppm), ya que desplaza al aire al ser 1,5
veces más denso que él, haciéndole irrespirable.
Fuentes de emisión en el vehículo
Según la definición ya indicada, el vehículo es fuente emisora de contaminantes primarios,
a su vez en el vehículo se pueden identificar tres fuentes diferentes de emisiones:
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a. El combustible evaporado del depósito y del carburador, responsable, aproximadamente
de un 20% de los hidrocarburos sin quemar (HC) que emite el motor. Para evitar la
emisión de estos vapores se comunican, a motor parado, el carburador y el depósito a un
recipiente lleno de carbón activado, comúnmente llamado Canister, el cual absorbe y
retiene los vapores de combustible mediante condensación. Este combustible absorbido
por el carbón activado se recupera posteriormente al poner el motor en marcha, haciendo
pasar una corriente de aire a través del recipiente.
b.Gases procedentes del cárter del motor, que fluyen al exterior por el respiradero de éste.
Están compuestos fundamentalmente por HC, aunque, dependiendo del estado del motor,
pueden contener también productos procedentes de la combustión. Son responsables de
otro 25% del total de HC emitidos por el vehículo. Esta fuente de emisiones puede
eliminarse fácilmente mediante el recirculado de estos vapores hacia la admisión (blow-
by).
c. Gases de escape, procedentes del proceso de combustión aportan prácticamente el
100% de productos contaminantes, tales como el monóxido de carbono CO, óxidos de
nitrógeno, etc., y el 55% de los HC sin quemar.
Las cantidades de contaminantes varían con el tipo de motor, su diseño, su geometría
interna, sus condiciones de funcionamiento, el tipo de combustible y sus aditivos, el tipo de
aceite lubricante, la forma y disposición de la cámara de combustión, el sistema de
suministro de aire, el sistema de suministro de combustible, entre otros (en esta referencia
se analizan las mejoras realizadas sobre el diseño de los MEC hasta el año 1991),
además existen otros parámetros que influyen en las emisiones del automóvil. Los
órdenes de magnitud de las cantidades emitidas están dados en la Tabla siguiente, otros
contaminantes adicionales son el bromuro de plomo y el óxido de azufre, los cuales varían
directamente con el contenido de plomo y de azufre respectivamente de los combustibles
del motor, y los aldehídos, los cuales resultan del uso de alcoholes como combustible.
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La variable más importante que gobierna la emisión de contaminantes en los MCIA, independiente de que sea MEP o MEC es la relación aire - combustible o su inversa combustible - aire (dosado), la cual afecta directamente las emisiones relativas de CO, NOx, aldehídosy HC. Nótese que para un dosado estequiométrico se tendrían las bajas emisiones de CO y HC, pero las emisiones de NOx estarían cercanas a su máximo, esto se debe entre otras cosas a la formación de NOx a altas temperaturas. Para estudiar detalladamente los procesos de formación de estos contaminantes durante el proceso de combustión que tiene lugar en los MCIA, Parámetros que influyen en las emisiones de los vehículos
Las emisiones provenientes del vehículo no dependen únicamente del tipo de motor y de
su potencia como podríamos pensar hasta el momento, también dependen de otros
factores como son: pendiente de la carretera, altitud, humedad, temperatura del ambiente,
límites de velocidad, desgaste del vehículo, condiciones de tráfico, entre muchas otras.
Estas condiciones indican que las emisiones reales en "tráfico", relacionadas con la
distancia viajada por el vehículo, no siempre coinciden con las medidas reguladoras
tomadas en condiciones del ciclo de conducción claramente definido.
PRODUCTOS CONTAMINANTES DE LOS GASES DE ESCAPE DE LOS MEP
Especial interés tiene el proceso de formación de la mezcla aire - combustible en el
colector de admisión de los motores a gasolina o MEP dado que es una causa de eventos
muy complejos, Figura siguiente. El combustible inyectado en el colector de admisión o en
el puerto de admisión está formado por gotas de combustible - justo después de la
inyección. Únicamente una fracción de las gotas se evapora, otra parte se introduce en la
superficie del puerto de admisión y crea una película de combustible. Así el combustible es
transportado dentro del cilindro en diferentes condiciones físicas y con diferentes
velocidades, lo cual lleva a desviaciones en la medida de combustible y por supuesto a
incrementar las emisiones contaminantes, principalmente en condiciones de operación
transitoria del motor.
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Hidrocarburos (HC)
Los gases de escape de los MEP contienen entre 1,000 a 3,000ppmC, lo que corresponde
aproximadamente de un 1 a2.5 % del combustible alimentado al motor. En la Figura
anterior se veía la dependencia de la cantidad de HC sin quemar con la relación aire -
combustible. Para mezcla ricas y mezcla pobres, aumenta dicha cantidad, debido a que el
proceso de combustión no se desarrolla en buenas condiciones y se puede dar el apagado
de la llama. Para mezcla ligeramente pobres, donde existe exceso de oxígeno y la
temperatura todavía es elevada (es decir, que la llama no tiene problemas para progresar),
la aparición de HC en el escape es mínima, puesto que éstos se oxidan, aunque solo sea
parcialmente (formación de CO), en el colector y tubo de escape.
Las emisiones de HC en un MEP son producidas al cesar las reacciones de combustión
en las proximidades de las paredes, por cortocircuito de la carga fresca y por combustión
incompleta de la carga, si bien esta última causa es la menos importante en las
condiciones más frecuentes de operación.
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Transporte de combustible en el colector de admisión de un MEP
Los HC sin quemar que normalmente aparecen en los gases de escape se ven en la
siguiente tabla.
Ejemplo de distribución de diferentes HC en los gases de escape
De todos ellos están considerados como mayores contaminantes el benzol y los
aromáticos polinucleares (PAH) por ser cancerígenos.
El efecto de enfriamiento de pared, está regido por el balance térmico de la mezcla en las
proximidades de la superficie de la cámara de combustión. En esta zona, si las pérdidas
de calor por conducción y radiación en la pared son mayores que el calor proveniente de
los gases quemados adyacentes, los radicales activos difundidos en la mezcla no
alcanzan la temperatura suficiente para continuar la combustión. Las variables que más
influyen en el espesor del wall quenching son la temperatura, la presión, y el dosado de la
mezcla, así como el material y la temperatura de la pared de la cámara de combustión.
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Cuanto más alta sea la presión y la temperatura de la mezcla y su dosado más próximo al
estequiométrico, menor será este espesor.
Las emisiones de HC en el escape son menores que las producidas en los cilindros
cuando la temperatura de escape supera los 600 C y existe oxígeno disponible. En estas
condiciones parte de los HC sin quemar se oxidan en el escape produciendo CO.
Las emisiones de HC sin quemar junto con los óxidos de nitrógeno son los responsables
de la formación del "smog foto químico".
Monóxido de carbono (CO)
El CO es un producto intermedio de la combustión de un HC, de alta toxicidad por su alta
afinidad con la hemoglobina de la sangre.
Para relaciones aire - combustible próximas a la estequiométrica, la formación de CO
en la combustión se debe fundamentalmente a la disociación del CO2. Si un sistema de
alimentación consigue mejorar la homogeneidad de la mezcla reduce también la emisión
total de CO, puesto que disminuye la emisión de cada cilindro, disminuye la diferencia
entre cilindros y permite operar con mezcla globalmente más pobres sin fallos de
combustión, como se puede intuir, este contaminante tiene poca importancia en los MEC.
Óxido de nitrógeno (NOx)
El óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2), usualmente están agrupados como
NOx, siendo el NO bastante predominante. La fuente principal de NO es el nitrógeno
molecular del aire usado como comburente en el motor. Los combustibles diesel y
gasolina en sí mismos contienen muy poco nitrógeno, esto hace que su contribución a la
formación de NO sea poco significativa.
Las emisiones de NOx son máximas cuando el motor funciona a par máximo, es decir,
cuando la presión media efectiva (pme) del motor es máxima. Así pues, la formación de
NOx está muy afectada por las presiones y temperaturas en las carreras de expansión y
escape, los óxidos de nitrógeno se disociasen en oxígeno y nitrógeno desplazándose el
equilibrio químico hacia estos compuestos. Esto no ocurre en la práctica y la razón puede
residir en la complejidad del mecanismo de formación. De lo anterior se puede deducir que
los óxidos de nitrógeno aparecen en los MEP, pero tienen mayor influencia en los MEC
dado que este tipo de motor funciona a más altas presiones.
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Partículas
En los MEP las partículas tienen tres distintos orígenes: el plomo de los combustibles,
adicionado para incrementar el número de octano y evitar así el fenómeno de las
detonaciones espontáneas: el azufre propio del combustible y el humo negro (hollín),
dependiendo directamente del control que se tenga en el contenido de plomo y de azufre
en el combustible y del buen ajuste del motor, se pueden controlar dichas emisiones.