¿Qué factores influyen en la velocidad de la llama en los motores de combustión interna?

¿Te has preguntado alguna vez qué factores determinan la velocidad de la llama en los motores de combustión interna? Si eres un amante de la tecnología y los automóviles, este artículo es perfecto para ti. Exploraremos los principales factores que influyen en la velocidad de la llama en estos motores, desde la composición del combustible hasta el diseño de la cámara de combustión. Prepárate para descubrir cómo se logra una combustión eficiente y cómo esto impacta el rendimiento de los motores que impulsan nuestros vehículos. ¡No te lo pierdas!

¿Qué factores influyen en la velocidad de la llama en los motores de combustión interna?

FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LA LLAMA

Es importante estudiar los factores que afectan la velocidad de propagación de la llama porque la velocidad de la llama afecta la velocidad de aumento de presión en el cilindro y está relacionada con ciertos tipos de combustión anormal que ocurren en los motores de gasolina. Hay varios factores que afectan la velocidad de la llama en diversos grados. Los más importantes son las turbulencias y la relación aire-combustible. A continuación se analizan los detalles de los diversos factores que afectan la velocidad de la llama.

Turbulencia:

  • La velocidad de la llama es bastante baja en mezclas no turbulentas y aumenta al aumentar la turbulencia. Esto se debe principalmente al adicional Mezcla física de las partículas ardientes y no quemadas en el frente de la llama, lo que acelera la reacción al aumentar la velocidad de contacto.
  • Las turbulencias en la mezcla entrante se producen cuando la mezcla de aire y combustible fluye a través de secciones comparativamente estrechas. del tubo del acelerador, aberturas de válvulas, etc. en la carrera de succión. Se produce turbulencia, que se dice que consiste en muchos vórtices diminutos. Aumente la velocidad de reacción y produzca una velocidad de llama más alta que los vórtices más grandes y menos. Un diseño adecuado de la cámara de combustión, teniendo en cuenta la geometría de la culata y la cabeza del pistón, aumenta las turbulencias durante la carrera de compresión.
  • En general, la turbulencia aumenta el flujo de calor hacia la pared del cilindro. También acelera la reacción química al mezclar íntimamente combustible y oxígeno para reducir la propagación de chispas. Esto también ayuda cuando se trabaja con mezclas magras. El aumento de la velocidad de la llama debido a la turbulencia acorta el tiempo de combustión y, por tanto, minimiza la tendencia a una combustión anormal. Sin embargo, una turbulencia excesiva puede hacer que la llama se apague, lo que provocará un funcionamiento brusco y ruidoso del motor.

Relación aire-combustible:

  • La relación combustible-aire tiene una influencia muy significativa en la velocidad de la llama. Las velocidades de llama más altas (tiempo mínimo para la combustión completa) se logran con una mezcla ligeramente más rica (punto A), como se muestra en la Fig. 12.4, que muestra la influencia de la fuerza de la mezcla en la velocidad de combustión, representada por el tiempo requerido para la combustión completa en Se requiere un motor específico. A medida que la mezcla se vuelve más pobre o más rica (ver punto A en la Fig. 12.4), la velocidad de la llama disminuye. Con mezclas pobres, se libera menos energía térmica, lo que resulta en una temperatura de llama más baja.
  • Las mezclas muy ricas provocan una combustión incompleta, lo que a su vez provoca una menor liberación de energía térmica.
¿Qué factores influyen en la velocidad de la llama en los motores de combustión interna?
Gráfico de relación tiempo vs equivalente

Temperatura y presión:

  • La velocidad de la llama aumenta al aumentar la temperatura y presión de entrada. Una presión y temperatura iniciales más altas pueden contribuir a la formación de una Mejor homogeneidad de la mezcla aire-vapor, lo que ayuda a aumentar la velocidad de la llama. Esto es posible porque aumenta la densidad de carga general.

Índice de compresión:

  • Una relación de compresión más alta aumenta la presión y la temperatura de la mezcla de trabajo, acortando así la fase de preparación inicial. Se requiere combustión y, por lo tanto, menos tiempo de encendido. Las altas presiones y temperaturas de la mezcla comprimida también aceleran la segunda Fase de combustión.
  • Una mayor relación de compresión reduce el volumen muerto y, por lo tanto, aumenta la densidad de los gases del cilindro durante la combustión. Esto aumenta la presión y la temperatura máximas y acorta el tiempo total de combustión. Por lo tanto, los motores con relaciones de compresión más altas tienen velocidades de llama más altas.

Potencia del motor:

  • La presión del circuito aumenta a medida que aumenta la potencia del motor. A medida que aumenta la apertura de la válvula de mariposa, el cilindro se llena más. Densidad. Esto conduce a una mayor velocidad de la llama. Cuando la potencia se reduce mediante la aceleración, las presiones de compresión inicial y final disminuyen. disminuye y la dilución de la mezcla de trabajo aumenta. Se consigue el desarrollo fluido de un núcleo de llama autopropagante. incierto y difícil.
  • Las principales desventajas de los motores de gasolina son la mala combustión a bajas cargas y la necesidad de enriquecimiento de la mezcla (¢ entre 1,2 y 1,3), lo que provoca desperdicio de combustible y liberación de hidrocarburos no quemados y productos de una combustión incompleta como monóxido de carbono, etc. .a la atmósfera conduce .

La velocidad del motor:

  • La velocidad de la llama aumenta casi linealmente con la velocidad del motor porque al aumentar la velocidad del motor aumenta la turbulencia en el cilindro. El tiempo que tarda la llama en atravesar la cámara de combustión se reduciría a la mitad si se duplicara la velocidad del motor.
  • El doble de velocidad del motor y, por tanto, la mitad del tiempo original daría como resultado el mismo número de grados de cigüeñal para la propagación de la llama. El ángulo del cigüeñal necesario para la propagación de la llama permanece casi constante en todas las velocidades durante toda la fase de combustión.

Tamaño del motor:

El tamaño del motor no influye mucho en la velocidad de propagación de la llama. Para motores grandes, el tiempo necesario para su finalización. La combustión es más fuerte porque la llama tiene que recorrer una distancia más larga. Esto requiere una mayor duración del ángulo del cigüeñal durante la combustión. Ésta es una de las razones por las que los motores grandes están diseñados para funcionar a bajas velocidades.


Más recursos:

Artículos, notas, preguntas y respuestas sobre motores de combustión interna.

Notas conceptuales mecánicas y subjetivamente básicas, artículos.


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¿Cuáles son los factores que influyen en la velocidad de llama en los motores de combustión interna?

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE LLAMA

El estudio de los factores que afectan la velocidad de propagación de la llama es importante, ya que la velocidad de la llama influye en la velocidad de aumento de presión en el cilindro y está relacionada con ciertos tipos de combustión anormal que ocurren en los motores de encendido por chispa. Hay varios factores que afectan la velocidad de la llama, siendo los más importantes la turbulencia y la relación aire-combustible. A continuación se analizan en detalle los diversos factores que afectan la velocidad de la llama.

Turbulencia:

  • La velocidad de la llama es bastante baja en mezclas no turbulentas y aumenta con el aumento de la turbulencia. Esto se debe principalmente a la interacción física adicional de las partículas quemadas y no quemadas en el frente de la llama, lo que acelera la reacción al aumentar la tasa de contacto.
  • La turbulencia en la mezcla entrante se genera durante la admisión de la mezcla aire-combustible a través de secciones comparativamente estrechas de la tubería del acelerador, las aberturas de las válvulas, etc., en la carrera de admisión. La turbulencia, que se supone que consiste en muchos remolinos pequeños, parece aumentar la velocidad de reacción y producir una velocidad de llama más alta que la formada por remolinos más grandes y menos. Un diseño adecuado de la cámara de combustión, que implica la geometría de la culata del cilindro y la corona del pistón, aumenta la turbulencia durante la carrera de compresión.
  • Generalmente, la turbulencia aumenta el flujo de calor hacia la pared del cilindro. También acelera la reacción química mediante una mezcla íntima de combustible y oxígeno, de modo que se puede reducir el avance de encendido. Esto ayuda a trabajar con mezclas pobres también. El aumento de la velocidad de la llama debido a la turbulencia reduce la duración de la combustión y, por lo tanto, minimiza la tendencia de la combustión anormal. Sin embargo, una turbulencia excesiva puede extinguir la llama resultando en un funcionamiento rugoso y ruidoso del motor.

Relación aire-combustible:

  • La relación aire-combustible tiene una influencia muy significativa en la velocidad de la llama. Las velocidades de llama más altas (tiempo mínimo para una combustión completa) se obtienen con una mezcla algo más rica (punto A) como se muestra en la Fig.12.4, que muestra el efecto de la concentración de la mezcla en la velocidad de combustión como se indica por el tiempo requerido para una combustión completa en un motor dado. Cuando la mezcla se vuelve más pobre o más rica (ver punto A en la Fig.12.4), la velocidad de la llama disminuye. Se libera menos energía térmica en el caso de mezclas pobres, lo que resulta en una temperatura de llama más baja.
  • Las mezclas muy ricas conducen a una combustión incompleta, lo que resulta nuevamente en la liberación de menos energía térmica.

Temperatura y Presión:

  • La velocidad de la llama aumenta con el aumento de la temperatura y la presión de admisión. Una presión y temperatura inicial más altas pueden ayudar a formar una mezcla de aire-vapor más homogénea, lo que ayuda a aumentar la velocidad de la llama. Esto es posible debido a un aumento general en la densidad de la carga.

Relación de compresión:

  • Una relación de compresión más alta aumenta la presión y la temperatura de la mezcla de trabajo, lo que reduce la fase de preparación inicial de la combustión y, por lo tanto, se necesita menos avance de encendido. Las altas presiones y temperaturas de la mezcla comprimida también aceleran la segunda fase de combustión.
  • El aumento de la relación de compresión reduce el volumen de compensación y, por lo tanto, aumenta la densidad de los gases del cilindro durante la combustión. Esto aumenta la presión y la temperatura máximas y reduce la duración total de la combustión. Por lo tanto, los motores con relaciones de compresión más altas tienen velocidades de llama más altas.

Rendimiento del Motor:

  • La presión del ciclo aumenta cuando se aumenta el rendimiento del motor. Con la apertura del acelerador aumentada, el cilindro se llena a una mayor densidad. Esto resulta en un aumento de la velocidad de la llama. Cuando la potencia se reduce mediante estrangulamiento, las presiones de compresión inicial y final disminuyen y aumenta la dilución de la mezcla de trabajo. El desarrollo suave del núcleo de la llama se vuelve inestable y difícil.
  • Las principales desventajas de los motores de encendido por chispa son la mala combustión a bajas cargas y la necesidad de enriquecimiento de la mezcla (ϕ entre 1.2 y 1.3), lo que causa desperdicio de combustible y la emisión de hidrocarburos no quemados y productos de combustión incompleta, como el monóxido de carbono, en la atmósfera.

Velocidad del Motor:

  • La velocidad de la llama aumenta casi linealmente con la velocidad del motor, ya que el aumento de la velocidad del motor aumenta la turbulencia dentro del cilindro. El tiempo requerido para que la llama atraviese el espacio de combustión se reduciría a la mitad si la velocidad del motor se duplica. Cuando se duplica la velocidad del motor y, por lo tanto, se reduce a la mitad el tiempo original, se obtendría el mismo número de grados de cigüeñal para la propagación de la llama. El ángulo de cigüeñal requerido para la propagación de la llama durante toda la fase de combustión será casi constante en todas las velocidades.

Tamaño del Motor:

El tamaño del motor no tiene mucho efecto en la velocidad de propagación de la llama. En los motores grandes, el tiempo requerido para una combustión completa es mayor porque la llama tiene que recorrer una distancia más larga. Esto requiere una duración de ángulo de cigüeñal mayor durante la combustión. Esta es una de las razones por las cuales los motores de gran tamaño están diseñados para funcionar a bajas velocidades.

Por favor, consulte los siguientes recursos para obtener más información:

  1. Factores que influyen en la velocidad de llama en los motores de combustión interna – Learn Mechanical Engineering
  2. Motor de combustión interna – Wikipedia
  3. Flame Combustion Process Simulation Based on Volume-Averaged Models – IntechOpen

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