Alimentacion de los motores encendidos por chispa a gasolina
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ALIMENTACIÓN DE LOS MOTORES ENCENDIDOS POR CHISPA (GASOLINA)
LA COMBUSTIÓN

INTRODUCCIÓN
La combustión es el resultado de fenómenos físicos, químicos y termodinámicos que se producen entre un elemento combustible y el oxígeno con el objetivo de transformar energía química en mecánica.

Para que se produzca la combustión es necesario un elemento combustible, un comburente y un aporte de calor en forma de chispa detonante.

La mezcla utilizada en un motor (gasolina y aire) presenta el problema, además de la cantidad de materia que interviene en la combustión, del estado físico de los elementos. En efecto, el aire se encuentra en estado gaseoso y la gasolina en estado líquido; será necesario, pues, transformar la gasolina en estado gaseoso para poder realizar una mezcla homogénea.

Cada mezcla combustible tiene una temperatura a partir de la cual se inicia la combustión; por ejemplo, gasolina + aire: 380 °C aproximadamente. Esta temperatura podrá variar en función de la relación de mezcla.

PROPAGACIÓN DE LA COMBUSTIÓN

VOLUMEN FIJO
Vamos a considerar un volumen de mezcla constituido por múltiples partículas de airegasolina.

Las partículas en contacto con la fuente de calor se inflaman, aumentando la presión y temperatura de la mezcla y propiciando la combustión de las partículas que se encuentran en el radio de acción más próximo de las inflamadas en el primer momento; de esta manera el propio combustible se encarga de propagar la energía en todo el volumen de la mezcla. Así pues, el frente de llamas inflama el combustible que no está en contacto directo con el aporte primario de calor.

VOLUMEN VARIABLE
En el interior de un cilindro motor el volumen de la cámara de combustión es variable. En el de inicio de la combustión el volumen es pequeño debido a que se inflama la mezcla cuando el pistón se encuentra antes del P.M.S. (punto muerto superior) pero a medida que el pistón se desplaza hacia el P.M.I. (punto muerto inferior) el volumen de la cámara de combustión es cada vez mayor. Esto influye notablemente en la velocidad de la combustión.

En un primer lugar, al producirse el encendido, la velocidad de la combustión aumenta
muy rápidamente hasta alcanzar los 3035 m/sg. Después de superar el PMS, el volumen aumenta progresivamente y se frena el incremento de v.c. (velocidad en la
combustión) produciéndose una reacción por etapas sucesivas.

La v.c. determina la duración de la misma e interviene en el rendimiento del motor. Se entiende como rendimiento del motor a la relación entre el trabajo producido y la energía consumida, siendo este valor siempre inferior a 1.

Las causas que provocan que el rendimiento sea muy inferior al 100 % son:

las pérdidas de energía en forma de calor y rozamientos.
la resistencia de los gases para vencer las diferentes fases de funcionamiento del motor (aspiración, compresión, escape...).
la inercia de las piezas en movimiento.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMBUSTIÓN

Naturaleza del combustible
Teniendo en cuenta que la naturaleza del combustible utilizado va a determinar la temperatura de inflamación de la mezcla, será igualmente importante para determinar la velocidad en la que se desarrolle la combustión; así pues utilizando una mezcla combustible formada por gasolina más aire, con una temperatura de inflamación de 380 °C obtendremos una propagación de la llama más rápida y por tanto una combustión más corta, que utilizando un combustible como alcohol más aire, con una temperatura de inflamación más elevada (460 °C).

Estado de la mezcla
Los diferentes estados que puede presentar la mezcla son tratados en el capítulo de
carburación.

Calidad de la chispa
Cuanto más potente sea la chispa mayor será la velocidad de propagación de la combustión, iniciando la combustión en un frente de llamas mayor y aumentando por
ello su efecto multiplicador.

Forma de la cámara de combustión
Es interesante que la distancia a cubrir por el frente de llamas sea lo más pequeña posible. La adopción de cámaras de combustión con formas estudiadas y compactas responden a este problema.

Número de bujías
Se puede, al mismo tiempo reducir el tiempo y la distancia a recorrer por el frente de
llamas montando dos bujías por cilindro.

Turbulencias
La forma de la cámara de combustión tiene una gran importancia a la hora de facilitar
la homogeneidad de la mezcla y por tanto su total inflamación. Actualmente, además de las formas vistas anteriormente, el montaje de una tercera válvula facilita la formación de turbulencias que a su vez contribuye a conseguir una mezcla homogénea.

LA CARBURACIÓN
La carburación consiste en realizar una mezcla combustible que permita al motor funcionar en todas sus circunstancias. La mezcla aire + gasolina adecuada a cada situación deberá permitir una combustión lo más perfecta posible.

Será necesario intervenir sobre la:
dosificación.
vaporización.
homogeneización.

Dosificación
La dosificación perfecta es el resultado de una combustión completa de carburante
con la aportación necesaria de oxígeno. Está determinada por la aplicación de la ecuación química que define las proporciones de aire y gasolina para permitir su combustión. Se define la dosificación como la relación entre la cantidad de gasolina y la correspondiente cantidad de aire.

D = masa gasolina / masa aire

Más allá de los límites donde la dosificación resulta demasiado rica o demasiado pobre la combustión resulta imposible. Para obtener un rendimiento máximo se intenta extraer toda la energía contenida en cada partícula de gasolina siendo necesario un exceso de aire (D=1/18); mientras que para obtener la máxima potencia se busca tener una propagación de la llama lo más rápida posible, siendo necesario entonces disponer de un exceso de gasolina (D = 1/12,5).

Diremos pues que para un motor de gasolina será necesario adoptar una solución de
compromiso entre el rendimiento y la potencia. La influencia que tiene la dosificación en la potencia y el consumo se puede observar si se mantiene un motor a régimen y caudal de aire constante; partiendo del límite pobre de inflamabilidad e incrementando progresivamente la riqueza de la mezcla.

El resultado es:
Un aumento rápido de la potencia.
Una estabilización de la potencia y que el enriquecimiento sea continuo.
Una pérdida de potencia cada vez mas acusada a medida que nos acercamos al límite de inflamabilidad por riqueza.

La curva de consumo específica muestra que el consumo mínimo donde el rendimiento es máximo se obtiene con valores de potencia inferiores a la potencia máxima y con unos valores de riqueza también inferiores.

Vaporización
Para mezclar e inflamar la mezcla aire + gasolina es necesario que los dos cuerpos tengan el mismo estado (gaseoso).

Para realizar la vaporización de un líquido podemos actuar sobre:
La temperatura: en efecto, la vaporización de un líquido no se puede llevar a cabo sin la absorción de calor; resulta pues necesario realizar un aporte de calor llamado calor latente de vaporización.
La presión: cuanto menor sea ésta menor será la energía que deban tener las moléculas para pasar de estado líquido a gaseoso, por lo tanto mayor será la evaporación.

Para reducir la presión se utiliza un difusor (venturi) donde hay una zona inicial de reducción de la sección y un posterior incremento que produce una depresión capaz de aspirar la gasolina a través de un tubo surtidor que desemboca en el difusor.

La superficie de evaporación: lógicamente para conseguir la evaporación es necesario aumentar la superficie de contacto de la gasolina con el aire y esto se consigue al chocar el aire aspirado por la admisión con la entrada de gasolina, consiguiendo su pulverización y con ello facilitando el proceso de evaporación.

Homogeneización
La mezcla contenida en los cilindros debe ser en todos los puntos de 1 gr de gasolina
por 15,3 gr de aire, de lo contrario se corre el riesgo de tener zonas ricas y zonas pobres en gasolina dentro de la misma cámara de combustión, llevando a distintas velocidades de progresión del frente de llamas y con ello obteniendo una combustión incompleta.

Para evitar todos estos problemas hay que partir de una buena pulverización de la gasolina para que se mezcle con el aire exterior, pasando luego por los colectores de admisión donde deberá calentarse la mezcla y finalmente acceder a la cámara de combustión a través de las válvulas de admisión que crearán unas turbulencias necesarias para hacer una mezcla homogénea preparada para su combustión.

EL CARBURADOR ELEMENTAL
La reunión de los distintos principios enunciados con antelación permite la creación del carburador elemental. Está constituido por un circuito de aire (cuerpo + difusor) dispuesto en los tubos de admisión y de un circuito de gasolina compuesto de una cuba en contacto con la presión atmosférica, de la cual proviene la gasolina que sale por un surtidor calibrado que limita el caudal.

Para evitar que el caudal de gasolina que suministra el carburador no esté influido por
la variación de gasolina en la cuba, el nivel está controlado por un sistema de punzónflotador que mantiene constante la distancia entre el nivel de gasolina y el surtidor. De esta manera el caudal de gasolina depende tan sólo de la depresión existente en el carburador.

La variación de la cantidad de mezcla de admisión para los diferentes regímenes de rotación del motor será llevado a cabo gracias a la utilización de una válvula de mariposa dispuesta entre el carburador y los cilindros (según el sentido de la circulación mezclacombustible).