Cuando nos adentramos al mundo de la ingeniería y la mecánica de motores de combustión interna, es inevitable encontrarnos con términos como turbulencias, vórtices, aplastamientos y caídas. Estas palabras parecen formar parte de un lenguaje secreto que solo los expertos entienden, pero en realidad, son conceptos clave que debemos comprender para entender el funcionamiento de estos poderosos motores. En este artículo, exploraremos el significado de estas palabras y cómo afectan al motor de combustión interna, desvelando los misterios detrás de su operación. Prepárate para sumergirte en el fascinante mundo del motor CI y descubrir cómo cada uno de estos fenómenos contribuye a su rendimiento excepcional.
Significado de turbulencias, vórtices, aplastamientos y caídas en el contexto del motor CI
Significado de las turbulencias en los motores de combustión CI:
(a) Es importante tener un movimiento de aire bien organizado dentro de la cámara de combustión para:
(i) rápida evaporación del combustible
(ii) mejorar la mezcla de aire y combustible
(iii) aumentar la tasa de combustión y
(iv) aumentar la eficiencia. Debido a las altas velocidades, el flujo de aire en la cámara de combustión es turbulento. Debido a la turbulencia, las tasas de transferencia, como la vaporización del combustible, las tasas de transferencia de calor, las tasas de mezcla y combustión, aumentan significativamente.
(b) El objetivo principal del diseño de la cámara de combustión CI es garantizar una mezcla adecuada del combustible con el aire en un período de tiempo muy corto. Para lograr este movimiento de aire bien organizado es fundamental. La turbulencia en los motores CI es bastante sistemática y está integrada en el diseño. Sería deseable comprender los diferentes tipos de movimientos del aire dentro de la cámara de combustión.
(i) La turbulencia es bastante alta durante la succión y disminuye hacia el BDC.
(ii) Durante la compresión, la turbulencia aumenta nuevamente a medida que se producen giros, apretones y caídas.
1. Vórtice:
El movimiento de rotación del aire en el cilindro se llama vórtice. El remolino se logra mediante varios métodos, como dar forma al colector de admisión, la válvula, el puerto de la válvula y, a veces, mediante el contorno apropiado del pistón. El vórtice mejora la mezcla y garantiza una mezcla homogénea de aire y humo. El vórtice es el principal mecanismo para propagar la llama en la cámara de combustión.
La relación de vórtice indica el alcance del movimiento de rotación dentro de la cámara de combustión. Es la relación entre la velocidad angular promedio y la velocidad del motor.
Los siguientes son los principales tipos de vértebras:
(A) Vórtice de inducción:
El flujo de aire se dirige en una dirección determinada cuando ingresa al cilindro. Este método se utiliza generalmente con cámaras de combustión abiertas.
(B) Giratorio de compresión:
Aquí el vórtice se crea durante la carrera de compresión. El aire ingresa a la cámara de vórtice a través de un canal que se crea por separado durante la carrera de compresión.
(C) Vórtice inducido por combustión:
Este vórtice se crea aprovechando el fenómeno de un alto aumento de presión inicial debido a una combustión parcial.
2. Estrujar:
El movimiento radial hacia adentro del aire cuando el pistón alcanza el punto muerto superior se llama compresión. «Squish» se puede definir como un flujo radical de aire hacia el recipiente de combustión, empujado hacia afuera entre el pistón y la culata al final de la carrera de compresión. Este movimiento de aire se debe a que la mayoría de las cámaras modernas sólo tienen un espacio abierto en la parte central. A medida que el pistón se mueve hacia el punto muerto superior, el aire fluye desde los bordes exteriores, donde ya no hay espacio, hacia la parte media, lo que produce un movimiento radial hacia adentro llamado compresión.
3. Caer:
A medida que el pistón se acerca al punto muerto superior, la compresión crea un movimiento secundario alrededor del eje circunferencial cerca de los bordes exteriores. Este movimiento se llama «caída».
Para lograr esto, el combustible se dirige hacia el aire o el aire se dirige hacia el combustible.
Básicamente existen tres métodos para crear movimiento de aire o vórtices:
(yo) chupar
(ii) compresión o
(iii) Combustión parcial.
(A) Cámaras de combustión abiertas:
Las cámaras de combustión en las que se crean vórtices durante la admisión se denominan “cámaras de combustión abiertas” o cámaras de inyección directa.
(B) Cámaras de combustión turbulenta:
La cámara de combustión en la que se utiliza la carrera de compresión para crear vórtices se denomina “cámara de combustión de turbulencia o vórtice”.
(C) Cámaras de precombustión:
Las cámaras de combustión en las que se crean vórtices mediante una combustión parcial son “cámaras de combustión de turbulencia o de células de aire”.
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La importancia de la turbulencia, remolino, apretón y volteo relacionados con los motores de combustión interna
La importancia de la turbulencia en los motores de combustión interna:
Es esencial tener un movimiento organizado del aire dentro de la cámara de combustión para:
(i) una evaporación rápida del combustible,
(ii) mejorar la mezcla de aire y combustible,
(iii) aumentar la velocidad de combustión y
(iv) aumentar la eficiencia. Debido a las velocidades altas involucradas, el flujo de aire dentro de la cámara de combustión es turbulento. Debido a la turbulencia, las tasas de transferencia como la vaporización del combustible, las tasas de transferencia de calor, la mezcla y las tasas de combustión se incrementan considerablemente.
El objetivo principal del diseño de la cámara de combustión en los motores de combustión interna es garantizar una mezcla adecuada de combustible con el aire en un tiempo muy corto. Para lograr esto, es esencial un movimiento organizado del aire. La turbulencia en los motores de combustión interna es bastante sistemática y se construye en el diseño. Sería deseable entender los diferentes tipos de movimientos del aire dentro de la cámara de combustión.
1. Remolino:
El movimiento rotacional del aire dentro del cilindro se llama remolino. El remolino se logra mediante una variedad de métodos, como dar forma al conducto de admisión, la válvula, el puerto de la válvula y, a veces, a través de la configuración adecuada del pistón. El remolino mejora la mezcla y hace que las mezclas de aire y combustible sean homogéneas. El remolino es el mecanismo principal para propagar la llama dentro de la cámara de combustión. El índice de remolino se utiliza para indicar la extensión del movimiento de rotación dentro de la cámara de combustión.
A continuación se presentan los principales tipos de remolinos:
(a) Remolino de inducción: en este flujo de aire se dirige en un camino particular al entrar en el cilindro. Este método se emplea generalmente para cámaras de combustión abiertas.
(b) Remolino de compresión: aquí, el remolino se produce durante la carrera de compresión, el aire se fuerza a través de un conducto hacia la cámara de remolino hecho separadamente durante la carrera de compresión.
(c) Remolino inducido por la combustión: este remolino se produce utilizando el fenómeno del aumento de presión inicial debido a la combustión parcial.
2. Apretón:
El movimiento radial hacia adentro del aire cuando el pistón alcanza el PMS se llama apretón. «Apretón» se puede definir como el flujo radial hacia adentro del aire hacia la cavidad de combustión al exprimirlo entre el pistón y la culata durante el final de la carrera de compresión. Este movimiento de aire se debe al hecho de que la mayoría de las cámaras modernas tienen un volumen de holgura solo en la porción central. Mientras el pistón se mueve hacia el PMS, el aire desde los bordes exteriores, donde no queda espacio, se precipita hacia la porción central dando lugar a un movimiento radial hacia adentro llamado apretón.
3. Volteo:
A medida que el pistón se acerca al PMS, el apretón genera un movimiento secundario alrededor del eje circunferencial cerca de los bordes exteriores. Este movimiento se llama «volteo». Para lograr esto, o bien el combustible se dirige hacia el aire o el aire se dirige hacia el combustible.
Básicamente hay tres métodos para crear movimiento de aire o remolino durante: (i) succión, (ii) compresión o (iii) combustión parcial.
(a) Cámaras de combustión abiertas: las cámaras de combustión en las que se produce remolino durante la inducción se llaman «cámaras de combustión abiertas» o cámaras de inyección directa.
(b) Cámaras de combustión turbulentas: las cámaras de combustión en las que se utiliza la carrera de compresión para producir remolino se llaman «cámaras de combustión turbulenta o de remolino».
(c) Cámaras de precombustión: las cámaras de combustión en las que se utiliza la combustión parcial para crear remolino se llaman «cámaras de combustión turbulenta o de celdas de aire».