La obtencion de la energia mecánica en un motor de combustión interna se logra como resultado del proceso de combustión del combustible que inyectamos dentro del cilindro con el aire que logramos introducir dentro del mismo.
Algunas definiciones
La reacción de combustión de una molécula de combustible requiere de varias moléculas de oxígeno, en función del número de carbonos e hidrógenos de que esté compuesta.
Cada dos hidrógenos que haya en el combustible, requieren un átomo de oxígeno, para formar una molécula de agua; y cada carbono requiere dos átomos de oxígeno, para formar una molécula de dióxido de carbono. Con esa forma, se obtiene una combustión completa.
Recordemos que el aire tiene, más o menos, un 21% de moléculas de oxígeno y un 79% de nitrógeno.
A la proporción de 14.7 gramos de aire por cada gramo de combustible (combustión completa), se la llama estequiométrica, y λ (lambda) al cociente entre la masa de aire y la masa de combustible de una mezcla.
Se llama lambda relativa (λR) al cociente entre la lambda y la lambda estequiométrica, luego una λR mayor que 1 indica que la mezcla es pobre, con exceso de aire, y si es menor que uno, que la mezcla es rica, con exceso de combustible.
Por necesidades técnicas, para que la combustión sea realmente completa, hay que aportar más aire del que, teóricamente, según la estequiometría es necesario; o sea, que en la práctica, con la cantidad teórica de aire no se logra una combustión completa, se requiere un exceso de oxígeno que, aunque quede sin reaccionar, tiene que estar presente.
El volumen de un cilindro limita la cantidad de aire que puede penetrar en él, de modo que si su volumen es de 1000 cm3, la cantidad teórica de aire que puede tener cabida en él, será de 1000 cm3.
De acuerdo con esta cantidad de aire tendremos que calcular la cantidad máxima de combustible a inyectar para que se produzca una combustión completa.
En general, no resulta un problema ir introduciendo mayores cantidades de combustible al cilindro. Sin embargo, el introducir más aire para poder quemar bien ese exceso de combustible, solo puede lograrse comprimiéndolo previamente, es decir, introduciendo el aire a mayor presión al cilindro.
El principal objetivo de la sobrealimentación es el de aumentar el rendimiento volumétrico del motor.
Se denomina rendimiento volumétrico al porcentaje de presión de llenado de un cilindro. Por ejemplo, si la presión barométrica es de 1.000 milibares, el motor tendrá un 80% de rendimiento volumétrico cuando los gases en sus cilindros alcanzan una presión de 800 milibares, antes de comenzar la carrera de compresión. Entre dos motores iguales, el que tiene mayor rendimiento volumétrico genera más potencia, puesto que dispone de mayor número de moléculas de oxígeno que le permiten quemar mayor cantidad de combustible.
De ese modo, aunque la cilindrada es la misma, es como si fuera mayor, pues permite introducir en el cilindro y quemar mayor cantidad de combustible con lo que se consigue aumentar la potencia desarrollada por el motor.
Resumiendo lo dicho anteriormente, la sobrealimentación nace en un intento por aumentar la potencia efectiva del motor sin aumentar la cilindrada.
El problema del aumento de la temperatura del aire a la salida del compresor se soluciona colocando un enfriador (intercooler) entre el turbo y la entrada a los cilindros.
Este enfría el aire produciendo un aumento de su densidad, con lo que la masa de aire aumenta en relacion al volumen y permite quemar más combustible.
¿Cómo funciona la turboalimentación?
Existen distintas formas de sobrealimentar un motor, pero en la actualidad, en los grandes motores diesel de 2 y 4 tiempos, se utliza los turbocompresores.
Estos suministran al motor aire a una presión elevada, forzando la entrada en los cilindros de una cantidad mayor de aire, que queda disponible para la combustión.
Algunas definiciones
La reacción de combustión de una molécula de combustible requiere de varias moléculas de oxígeno, en función del número de carbonos e hidrógenos de que esté compuesta.
Cada dos hidrógenos que haya en el combustible, requieren un átomo de oxígeno, para formar una molécula de agua; y cada carbono requiere dos átomos de oxígeno, para formar una molécula de dióxido de carbono. Con esa forma, se obtiene una combustión completa.
Recordemos que el aire tiene, más o menos, un 21% de moléculas de oxígeno y un 79% de nitrógeno.
A la proporción de 14.7 gramos de aire por cada gramo de combustible (combustión completa), se la llama estequiométrica, y λ (lambda) al cociente entre la masa de aire y la masa de combustible de una mezcla.
Se llama lambda relativa (λR) al cociente entre la lambda y la lambda estequiométrica, luego una λR mayor que 1 indica que la mezcla es pobre, con exceso de aire, y si es menor que uno, que la mezcla es rica, con exceso de combustible.
Por necesidades técnicas, para que la combustión sea realmente completa, hay que aportar más aire del que, teóricamente, según la estequiometría es necesario; o sea, que en la práctica, con la cantidad teórica de aire no se logra una combustión completa, se requiere un exceso de oxígeno que, aunque quede sin reaccionar, tiene que estar presente.
El volumen de un cilindro limita la cantidad de aire que puede penetrar en él, de modo que si su volumen es de 1000 cm3, la cantidad teórica de aire que puede tener cabida en él, será de 1000 cm3.
De acuerdo con esta cantidad de aire tendremos que calcular la cantidad máxima de combustible a inyectar para que se produzca una combustión completa.
En general, no resulta un problema ir introduciendo mayores cantidades de combustible al cilindro. Sin embargo, el introducir más aire para poder quemar bien ese exceso de combustible, solo puede lograrse comprimiéndolo previamente, es decir, introduciendo el aire a mayor presión al cilindro.
El principal objetivo de la sobrealimentación es el de aumentar el rendimiento volumétrico del motor.
Se denomina rendimiento volumétrico al porcentaje de presión de llenado de un cilindro. Por ejemplo, si la presión barométrica es de 1.000 milibares, el motor tendrá un 80% de rendimiento volumétrico cuando los gases en sus cilindros alcanzan una presión de 800 milibares, antes de comenzar la carrera de compresión. Entre dos motores iguales, el que tiene mayor rendimiento volumétrico genera más potencia, puesto que dispone de mayor número de moléculas de oxígeno que le permiten quemar mayor cantidad de combustible.
De ese modo, aunque la cilindrada es la misma, es como si fuera mayor, pues permite introducir en el cilindro y quemar mayor cantidad de combustible con lo que se consigue aumentar la potencia desarrollada por el motor.
Resumiendo lo dicho anteriormente, la sobrealimentación nace en un intento por aumentar la potencia efectiva del motor sin aumentar la cilindrada.
El problema del aumento de la temperatura del aire a la salida del compresor se soluciona colocando un enfriador (intercooler) entre el turbo y la entrada a los cilindros.
Este enfría el aire produciendo un aumento de su densidad, con lo que la masa de aire aumenta en relacion al volumen y permite quemar más combustible.
¿Cómo funciona la turboalimentación?
Existen distintas formas de sobrealimentar un motor, pero en la actualidad, en los grandes motores diesel de 2 y 4 tiempos, se utliza los turbocompresores.
Estos suministran al motor aire a una presión elevada, forzando la entrada en los cilindros de una cantidad mayor de aire, que queda disponible para la combustión.
Un turboalimentador de gas de escape está impulsado, como su nombre indica, por el gas de escape del motor (2). Este gas, a una temperatura próxima a los 600°C, es dirigido a alta velocidad hacia los álabes de una turbina (3) que impulsa un rotor del compresor (4) instalado en el mismo eje. Cuando gira, el rotor aspira el aire ambiente a través de un filtro-silenciador, lo comprime y, a través de un posenfriador (5), lo envía a la entrada de aire del motor (6), desde donde pasa a los cilindros.
Uno de los problemas del turbo es el funcionamiento a bajo régimen del motor.
El turbocompresor, responderá a las exigencias de carga del motor reaccionando al flujo de gases de escape. Al aumentar el rendimiento del motor, aumenta el flujo de gases y con ello la velocidad y el rendimiento del conjunto rotatorio, aumentando la capacidad del compresor.
Para solucionarlo, se están aplicando turbinas de admisián variable, con lo que mejoran los valores de par y potencia y la respuesta a cualquier régimen del motor.
Con la turboalimentación se puede aumenta hasta cuatro veces la potencia del motor. Por consiguiente, el 75 por ciento de la potencia del motor depende de que el turbocompresor funcione eficientemente.
Leer también: Turbocompresores. Un poco de historia.
Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas
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