PRINCIPIO BIELA MANIVELA

Ambos sistemas (biela-manivela y excéntrica-biela) permiten convertir el movimiento giratorio continuo de un eje en uno lineal alternativo en el pie de la biela. También permite el proceso contrario: transformar un movimiento lineal alternativo del pie de biela en uno en giratorio continuo en el eje al que está conectada la excéntrica o la manivela (aunque para esto tienen que introducirse ligeras modificaciones que permitan aumentar la inercia de giro).

El sistema biela-manivela emplea, básicamente, una manivela, un soporte y una biela cuya cabeza se conecta con el eje excéntrico de la manivela (empuñadura).

CICLO REPETITIVO

Los ciclos repetitivos tambien llamados lazos o bucles permiten repetir una operacion o secuencia de operaciones en funcion de ciertas condiciones. Es un segmento de un algoritmo o programa cuyas instrucciones se repiten un numero determinado de veces mientras se cumpla una determinada condicion. Dentro de los ciclos se utilizan contadores y acumuladores, que regulan que el ciclo llegue a su fin.

MOTOR RADIAL

El motor radial o motor estrella es un tipo de dispocision del motor de combustion interna, en la cual los cilindros van ubicados radialmente respecto del cigueñal, formando una estrella como en la figura. Esta configuración fue muy usada en aviacion, sobre todo en grandes aviones civiles y militares, hasta la aparición del motor a reaccion.

En este motor los pistones van conectados por un mecanismo de biela - manivela, distinto de los motores en línea. Uno de los pistones está conectado a una biela más grande que las demás, llamada biela principal, que a su vez está conectada directamente con el cigüeñal. Los otros pistones están conectados a bielas más pequeñas que están conectadas a la biela principal o biela maestra. Al conjunto de pistones, biela maestra y bielas secundarias se le conoce como estrella. El número de pistones de una estrella es generalmente impar, pues así el orden de encendido minimiza las vibraciones.

MOTOR OPUESTO

Por qué este Motor Horizontalmente-Opuesto es la unidad de poder ideal?

Porque los pistones opuestos entre sí, contrarrestan la vibración y dan un balance superior. De esto resulta un rendimiento más fluído del motor en todos los rpm, sin necesidad de un eje de balance, así como también ofrece una mejor respuesta para el conductor.Las otras ventajas son el tamaño y el peso. Obviamente, la distribución del pistón Horizontalmente-Opuesto significa un motor que es a su vez más corto y más bajo que el de un diseño en línea convencional. Además, tiene una forma más compacta y un peso más ligero y por lo tanto la capacidad para montar el motor, mucho más abajo en el chasis. El resultado es un centro de gravedad bajo y un balance que no pueden ser adaptado a otros tipos de motores. El Motor Horizontalmente-Opuesto tiene tantos beneficios, que ni las palabras son suficientes para describir, adecuadamente, lo que hace la diferencia. Usted incluso podría decir, que este motor es el único factor que realmente hace posible el Symmetrical AWD Subaru.

MOTOR EN W

Motor W8:
Para conseguir un bloque de ocho cilindros que no sea muy grande, Volkswagen los ha colocado
«en W». Es decir, no tiene dos filas de cuatro cilindros que forman un ángulo (normalmente 90°). En lugar de esos cuatro cilindros en línea a cada lado del motor, lo que tiene en cada lado son dos filas de dos cilindros en «V estrecha». Estos bloques en V estrecha están unidos a su vez en un ángulo de 72°. El cigüeñal tiene cuatro codos, como los motores V8 normales pero —a diferencia de ellos— la biela de un lado y su pareja del lado contrario no están en la misma muñequilla, sido decaladas. La cilindrada es 3.998 cm³.

MOTOR EN V

Los cilindros también pueden disponerse en forma de V: repartidos dos mitades frente a frente. El motor es más corto pero es más ancho. Las vibraciones son diferentes en un motor con cilindros en V. Por ejemplo, un motor V6 produce más vibraciones que un motor de 6 cilindros en línea. En cambio, un motor V12 es muy suave.

MOTOR EN LINEA

La disposición de cilindros más habitual y más antigua es el motor en línea en el que los cilindros se colocan en fila y paralelos entre sí a lo largo del cigueñal. Normalmente se usa en motores de hasta ocho cilindros.dependiendo del tipo de carroceria si es liviano, mediano o pesado.

La solución más simple es colocar los cilindros uno tras otro en línea recta. Es lo que se denomina un motor en línea. El motor de cuatro cilindros en línea es el más corriente en los automóviles. En los motores de 6 cilindros en línea, el encendido se produce en una sucesión uniforme. Además, todas las carreras de impulsión coinciden parcialmente. Por eso este motor está casi exento de vibraciones.

PRECALENTAMIENTO DEL MOTOR

Los motores diesel tienen una diferencia grande con los motores a gasolina éstos ultimos encienden mediante chispa en cambio los diesel lo hacen en autoencendido es decir encienden solos (solo necesitan mayor compresion de aire y cuando se inyecta el gasoil en forma de muy fina neblina se produce el encendido),todo motor térmico necesita temperatura para trabajar(temperatura normal ni alta ni baja) y el precalentamiento le ayuda a arrancar más rápido y bien.

CETANAJE

El índice de cetano en el combustible diésel define la calidad del mismo, indicando el tiempo que tarda desde que es injectado hasta que entra en ignición.

Esta medida es equivalente también a la homogeneidad de la combustión -cuanto más homogéneo es el quemado, más completo y de mayor calidad, un índice aceptable de cetano comienza a partir de 49 en adelante, con 55 o más ya es de optima calidad.

Con un índice alto conseguiremos que nuestro vehículo diésel haga un menor ruido, aumente el rendimiento, contamine menos y se alargue la vida del motor.

PRESION ATMOSFERICA

La presión atmosférica es la presión ejercida por el aire en cualquier punto de la atmosfera. Normalmente se refiere a la presión atmosférica terrestre, pero el término es extensible a la atmósfera de cualquier planeta o satélite.

La atmósfera en la tierra tiene una presión media de 1013.25 hectopascales (hpa) (o milibares (mbar)) al nivel del mar, medido en latitud 45º. La medida de presión del Sistema Internacional de Unidades (SI) es el newton por metro cuadrado (N/m²) o Pascal (Pa). La presión atmosférica a nivel del mar en unidades internacionales es 101325 N/m² ó Pa.

Cuando el aire está frío, éste desciende, haciendo aumentar la presión y provocando estabilidad. Se forma, entonces, un anticiclón térmico.

Cuando el aire está caliente, asciende, haciendo bajar la presión y provocando inestabilidad. Se forma entonces un ciclóno borrasca térmica.

Además, el aire frío y el cálido tienden a no mezclarse, debido a la diferencia de densidad, y cuando se encuentran en superficie, el aire frío empuja hacia arriba al aire caliente provocando un descenso de la presión e inestabilidad, por causas dinámicas. Se forma entonces un ciclón, o borrasca dinámica. Esta zona de contacto es la que se conoce como frente.

Cuando el aire frío y el cálido se encuentran en altura, descienden en convergencia dinámica, haciendo aumentar la presión y provocando estabilidad, y el consiguiente aumento de la temperatura. Se forma, entonces un anticiclón dinámico.

Se denomina atmósfera a la capa de aire, constituida por una mezcla homogénea de gases que rodea un planeta, variando drásticamente de uno a otro. Su peso, origina sobre todos los cuerpos sumergidos en ella, una presión denominada atmosférica, que podemos evidenciar mediante la experimentación. Podríamos compararlo como si viviéramos en el fondo de un océano de aire. La atmósfera, como el agua de un lago, ejerce presión; y tal como el peso del agua es la causa de la presión en el agua, el peso del aire es la causa de la presión atmosférica. Estamos tan acostumbrados al aire invisible que a veces olvidamos que tiene peso. Quizás los peces también "olvidan" que el agua tiene peso.

TRASLAPE EN UN MOTOR

En el cuarto se abre la válvula de escape para expulsar los gases quemados y en el primero se vuelve a abrir la de admisión para que reingrese mezcla fresca. Pero al principio por motivos de mejor operación cuando se abre la válvula de admisión y empieza a entrar la mezcla la de escape sigue abierta permitiendo la salida de gas quemado. A esto se lo denomina cruce de válvulas

1er tiempo se abre la válvula de admisión, entre la mezcla de carburante,

2o tiempo cierra la válvula y se comprime la mezcla,

3er tiempo, explosión,

4o tiempo se abre la válvula de escape y se expulsa el gas quemado

ROBERT BOSCH

Albeck, 1861-Stuttgart, 1942) Inventor e industrial alemán. Estudió en EE UU y en 1886 fundó un taller mecánico de precisión y electrotecnia, que transformó en 1937 en la empresa Robert Bosch. Se le debe el desarrollo del encendido magnético y la bomba de inyección para los motores Diesel

Robert Bosch 1861-1942. Ingeniero e industrial alemán que inventó la bujía para motores de combustión interna. Desarrolló toda una línea de productos eléctricos de fama internacional.

OCTANAJE

El octanaje o índice de octano es una escala que mide la resistencia que presenta un combustible (como la gasolina) a detonar prematuramente cuando es comprimido dentro del cilindro de un motor.

También se denomina RON (por sus siglas en ingles, Research Octane Number).

Algunos combustibles, como elGPL, GNL, etanol y metanol, dan un índice de octano mayor de 100. Utilizar un combustible con un octanaje superior al que necesita un motor, no lo perjudica ni lo beneficia.

Si se tiene previsto que un motor vaya a usar combustible de octanaje alto puede diseñarse con una relación de comprensión más alta y mejorar el rendimiento del motor.

Si la gasolina no sale de fabrica con suficiente octanaje se le añade algún aditivo como el etanol, el benceno o el afortunadamente desterrado tetra etilo de plomo.

Los índices de octano en motores de combustión:

El octanaje indica la presión y temperatura a que puede ser sometido un combustible carburado (mezclado con aire) antes de auto-detonarse al alcanzar su temperatura de auto ignición debido a la ley de los gases ideales. Si el combustible no tiene el índice de octano suficiente en motores con elevadas relaciones de compresión (oscilan entre 8,5 y 10,5), se producirá el "autoencendido" de la mezcla, es decir, la combustión es demasiado rápida y dará lugar a una detonación prematura en la fase de compresión, que hará que el pistón sufra un golpe brusco y se reduzca drásticamente el rendimiento del motor, llegando incluso a provocar graves averías.

Este fenómeno también se conoce entre los mecánicos como picado de bielas o cascabeleo.
Dicho índice de octano se obtiene por comparación del poder detonante de la gasolina con el de una mezcla de heptano e isoctano. Al isoctano se le asigna un poder antidetonante de 100 y al heptano de 0, de esta manera una gasolina de 95 octanos correspondería en su capacidad antidetonante a una mezcla con el 95% de isoctano y el 5% de heptano.

Hay tres clases de octanajes:

Research Octane Number (RON) - Octanaje medido en el laboratorio.

Motor Octane Number (MON) - Octanaje probado en un motor estático.

Road ON - Octanaje probado en la carretera.

RON:

El valor del RON se determina comparando el golpeteo que produce la gasolina con respecto al golpeteo que produce una sustancia patrón. Como patrón se utiliza una mezcla de isoctano (2, 2,4-Trimetilpentano) y n-heptano.

De esta forma se determina el número de octanos del combustible, con respecto al porcentaje de isoctano en la mezcla estándar. De esta forma, una gasolina que produce el mismo ruido que la mezcla de 87 (87% isooctano y 13% n-heptano), se dice que tiene un octanaje de 87 octanos. Para comparar, el gas licuado del petróleo (GLP) tiene un RON de +/- 110.

En los motores a gasolina de baja eficiencia, se recomienda usar gasolinas con bajo nivel de octanaje, ya que tienen poca compresión. Donde se nota mucho esta relación, es en caso de un automóvil nuevo al que, si se le suministra gasolina con bajo octanaje, se nota un cascabeleo, generado por explosión prematura del combustible en la cámara de combustión. A mayor compresión se requiere mayor octanaje, para que sea eficiente el uso del combustible.

MON:

Existe otro tipo de octanaje llamado MON que indica de manera más exacta cómo se comporta el combustible cuando se carga. Esta definición también se basa en la mezcla de isoctano y n-heptano.

La diferencia con el RON es que se sobrecarga más el motor en el ensayo: se utiliza una mezcla precalentada, el motor más revolucionado y tiempos de ignición variables. Dependiendo de la composición del combustible, el MON de una gasolina moderna estará 10 puntos por debajo del RON. Normalmente las especificaciones de combustible requieren de un RON y MON.

Producción de gasolinas:

Las gasolinas no son un producto directo del refinodel petróleo, sino que se tratan de naftas especialmente acondicionadas para su uso como carburante de motores de combustión interna con encendido mediante chispa (normalmente conocidos como motores de explosión). Este acondicionamiento se consigue mediante un proceso de blending (mezclado) de distintas sustancias a fin de que el producto resultante cumpla con las especificaciones fijadas por la normativa aplicable en cada país, como es el caso del índice de octano, pero también otros parámetros como de emisiones al medioambiente, relativos a la estabilidad/seguridad del producto durante su transporte y/o almacenamiento, su comportamiento en las condiciones de funcionamiento del motor, etc.

Índices de cetanaje en motores Diesel:

Otra medida, tal vez menos conocida, para medir el efecto contrario, la facilidad con la que se inflama el combustible en los motores diesel, es el índice de cetano, que tiene al cetano como combustible de referencia. En este caso cuanta más facilidad para inflamarse, mejor es el combustible.

Enlaces externos:

Km 77 - Glosario: Octano
Km 77 - Lectura adicional sobre combustión y octanaje

¿Qué es Octanaje?

El nombre de nuestra revista Octanaje deriva de una característica distinta de la calidad de las gasolinas, por lo que e considera conveniente dar una breve explicación de este término.

¿Qué es el octanaje?

Octanaje o número de octano es una medida de la calidad y capacidad antidetonante de las gasolinas para evitar las detonaciones y explosiones en las máquinas de combustión interna, de tal manera que se libere o se produzca la máxima cantidad de energía útil.

¿Cómo se determina?

Para determinar la calidad antidetonante de una gasolina, se efectúan corridas de prueba en un motor, de donde se obtienen dos parámetros diferentes:

El Research Octane Number (Número de Octano de Investigación) que se representa como RON o simplemente R y que se determina efectuando una velocidad de 600 revoluciones por minuto (rpm) y a una temperatura de entrada de aire de 125°F (51.7°C)

El Motor Octane Number (Número de Octano del Motor) que se representa como MON o simplemente M y se obtiene mediante una corrida de prueba en una máquina operada a una velocidad de 900 revoluciones por minuto y con una temperatura de entrada de aire de 300°F (149°C).

Para propósitos de comercialización y distribución de las gasolinas, los productores determinan el octanaje comercial, como el promedio de los números de octano de investigación (RON) y el octano del motor (MON).

¿Cuál es la escala utilizada para medir el octanaje?

La calidad antidetonante de una gasolina se mide usando una escala arbitraria de número de octano. En esta escala, se dio a los hidrocarburos iso-octano (que es poco detonante) un índice de octano de 100; y al n-heptano (que es muy detonante), un índice de octano de cero.

La prueba de determinación del octanaje de una gasolina se efectúa en un motor especial de un sólo cilindro, aumentando progresivamente la comprensión hasta que se manifiesten las detonaciones. Posteriormente, se hace funcionar el motor sin variar la comprensión anterior, con una mezcla de iso-octano y una cantidad variable de n-heptano, que representará el octanaje o índice de octano de la gasolina para la cual se procedió a la prueba y que tiene, por lo tanto, el mismo funcionamiento antidetonante de la mezcla de hidrocarburos.

Así, por ejemplo, si una gasolina presenta propiedades antidetonantes similares a una mezcla de 95% de iso-octano y 5% de n-heptano, se dice que tiene un número de octano de 95.

¿Qué problemas se presentan al usar gasolinas de bajo número de octano?

Los principales problemas son la generación de detonaciones o explosiones en el interior de las máquinas de combustión interna, aparejado esto con un mal funcionamiento y bajo rendimiento del combustible, cuando el vehículo está en movimiento, aunado a una elevada emisión de contaminantes.

¿Qué se ha hecho para mejorar el octanaje de las gasolinas?

A nivel mundial, se han desarrollado varias tecnologías relacionadas entre sí para elevar el octanaje de las gasolinas, destacando las siguientes:

Aplicación de nuevas tecnologías de refinación, de reformado catalítico, isomerización y otros procesos, que permiten obtener gasolinas con elevados números de octano limpios, es decir, sin aditivos. Esto ha llevado a reducir en forma importante e inclusive a eliminar el tetra etilo de plomo, dando como resultado gasolinas de mejor calidad, que cumplen con los requerimientos de protección ecológica que se han establecido a nivel mundial.

Paralelamente, se han desarrollado nuevos aditivos oxigenados denominados ecológicos en sustitución el tetraetilo de plomo (que es altamente contaminante), tales como el Metil-Ter-Butil-Eter (MTBE), el Ter-Amil-Metil-Eter (TAME) y el Etil-Teer-Butil-Eter (ETBE), entre otros.

Estos aditivos oxigenados, se adicionan a las gasolinas para elevar su número de octano, proporcionando a la vez una mayor oxigenación, lo que incide directamente en una combustión más completa y en un mejor funcionamiento de los motores.

De estos aditivos oxigenados, los que han tenido un mayor uso a nivel mundial (incluso en nuestro país), han sido el MTBE y el TAME, debido a su alto valor de octano en la mezcla con gasolina, a su baja presión de vapor y sobre todo a su alta disponibilidad, al producirse en plantas integradas a las refinerías, donde son aprovechadas las materias primas de refinación requeridas para su elaboración (metanol, butanos, butilenos, isobutilenos e isoamileno), con las ventajas económicas que ello representa.

¿Cuál es el octanaje de las gasolinas Magna Sin y Nova que produce y comercializa Pemex Refinación?

Las gasolinas que elabora Pemex Refinación, cumplen actualmente con las normas ecológicas establecidas por las autoridades competentes, a fin de garantizar la calidad antidetonante y de funcionamiento, exigidas por los motores del parque vehicular tanto nacional como internacional. En este contexto, los números de octano son de 81 para la Nova (especificada para vehículos sin convertidor catalítico) y de 87 para la Magna Sin (para modelos adaptados con convertidor catalítico).

¿Cuáles son los números de octano o la calidad de las gasolinas elaboradas en otros países del mundo?

En los diferentes países del mundo se elaboran varias clases de gasolinas, dependiendo del nivel de tecnología utilizadas en sus refinerías, de la disponibilidad de recursos económicos destinados a la investigación y desarrollo tecnológico en materia de refinación y petroquímica, y de la inversión ejercida en la modernización de sus instalaciones, vinculados estos factores directa y estrechamente con la evolución de su industria automotriz.

Así, por ejemplo, en Estados Unidos se elaboran gasolinas con plomo y sin plomo clasificadas como Regular y Premium en cada categoría, cuyos números de octano son:

Regular Midgrade Premium
Gasolina sin plomo: 87 89 92
Gasolina con plomo: 85 No disponible

¿Qué hace Pemex para mejorar la calidad de los combustibles?

Petróleos Mexicanos, a través de Pemex Refinación, está trabajando en forma continua para optimar el nivel de operación de sus refinerías y para mejorar la calidad de las gasolinas que produce. Esto se manifiesta ofreciendo al mercado nacional combustibles con números de octano por encima de las normas ecológicas establecidas por las autoridades competentes, reduciendo el uso de tetraetilo de plomo en la gasolina Nova y eliminándolo de la gasolina Magna Sin, en cumplimiento con normas nacionales e internacionales.

Paralelamente, y de acuerdo con las tendencias mundiales, Pemex Refinación ha puesto en operación varias plantas para producir aditivos oxigenados MTBE y TAME y otras están en etapa de construcción, con lo que se continúa fortaleciendo la estructura productiva de gasolinas de alta calidad para el mercado nacional.

Octanaje o número de octano es una medida de la calidad ycapacidad antidetonante de las gasolinas para evitar lasdetonaciones y explosiones en las máquinas de combustión interna.

COMPOSICION DEL AIRE

Composición del Aire Puro:

De acuerdo con la altitud, composición, temperatura y otras características, la atmósfera que rodea a la Tierra y comprende las siguientes capas o regiones:

Troposfera:

Alcanza una altura media de 12 km. (es de 7km. En los polos y de 16km. En los trópicos) y en ella encontramos, junto con el aire, polvo, humo y vapor de agua, entre otros componentes.

Estratosfera:

Zona bastante mente fría que se extiende de los 12 a los 50km de altura; en su capa superior (entre los 20 y los 50km) contiene gran cantidad de ozono (O3), el cual es de enorme importancia para la vida en la tierra por que absorbe la mayor parte de los rayos ultravioleta del sol.

Mesosfera:

Zona que se sitúa entre los 50 y los 100km de altitud; su temperatura media es de 10 °C; en ella los meteoritos adquieren altas temperaturas y en su gran mayoría se volatilizan y consumen.

Ionosfera:

Empieza después de los 100km. Y va desapareciendo gradualmente hasta los 500km de altura. En esta región, constituida por oxígeno (02), la temperatura aumenta hasta los 1000°C; los rayos X y ultravioleta del Sol ionizan el aire enrarecido, produciendo átomos y moléculas cargados eléctricamente (que reciben el nombre de iones) y electrones libres.

Exosfera:

Comienza a 500km. de altura y extiende más allá de los 1000km; está formada por una capa de helio y otra de hidrogeno. Después de esa capa se halla una enorme banda de radiaciones (conocida como magnetosfera) que se extiende hasta unos 55000km de altura, aunque no constituye propiamente un estrato atmosférico.

El aire limpio y puro forma una capa de aproximadamente 500 000 millones de toneladas que rodea la Tierra, de las su composición es la siguiente:

DAMPER

El amortiguador de masa o mass dámper es un sistema de absorción de vibraciones que mejora la adherencia mecánica al asfalto en vehículos de competición.

Fue utilizado por la escudería Renault y otros equipos durante las temporadas 2005 y 2006 de Formula 1 hasta que fue prohibido su uso por la FIFA en agosto de 2006.

Este sistema se basa en el sistema de amortiguación de vibraciones que poseen los edificios de las zonas con mayor peligro de terremotos como pueda ser Japón.

COMBUSTION

La combustión es una reacción química en la que un elemento combustible se combina con otro comburente (generalmente oxigeno en forma de O2 gaseoso), desprendiendo calor y produciendo un oxido; la combustión es una reacción exotérmica que produce:

Calor al quemar

Luz al arder

Es la combinación rápida de un material con el oxigeno, acompañada de un gran desprendimiento de energía térmica y energía luminosa.

Aun quemándose, la materia no cambia su compostura química.

Los tipos más frecuentes de combustible son los materiales orgánicos que contienen carbono e hidrogeno. El producto de esas reacciones puede incluir monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y cenizas.

El proceso de destruir materiales por combustión se conoce como incineración.
Para iniciar la combustión de cualquier combustible, es necesario alcanzar una temperatura mínima, llamada ignición o de inflamación.

Existen dos tipos de combustión, la combustión incompleta y la completa:

La combustión incompleta, una combustión se considera una combustión incompleta cuando parte del combustible no reacciona completamente porque el oxígeno no es suficiente. Se reconoce por una llama amarillenta.

La combustión completa es cuando todo el carbono de la materia orgánica quemada se transforma en CO2. Se puede reconocer por la llama azul producida por la incineración del material.

Conceptos sobre combustión:

La reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una sustancia o mezcla de sustancias llamada combustible con el oxígeno. Es característica de esta reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que emite luz y calor, que esta en contacto con la sustancia combustible.

La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxigeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno, llamada comburente, siendo el aire atmosférico el comburente mas habitual.

La reacción del combustible con el oxígeno origina sustancias gaseosas entre las cuales las más comunes son CO2 y H2O. Se denominan en forma genérica productos, humos o gases de combustión. Es importante destacar que el combustible solo reacciona con el oxigeno y no con el nitrógeno, el otro componente del aire. Por lo tanto el nitrógeno del aire pasará íntegramente a los productos de combustión sin reaccionar.

Entre las sustancias mas comunes que se pueden encontrar en los productos o humos de la reacción se encuentran:

CO2
H2O como vapor de agua
N2
O2
CO
H2
Carbono en forma de hollín
SO2

De acuerdo a como se produzcan las reacciones de combustión, estas pueden ser de distintos tipos:

Combustión completa:

Ocurre cuando las sustancias combustibles reaccionan hasta el máximo grado posible de oxidación. En este caso no habrá presencia de sustancias combustibles en los productos o humos de la reacción.

Combustión incompleta:

Se produce cuando no se alcanza el grado máximo de oxidación y hay presencia de sustancias combustibles en los gases o humos de la reacción.

Combustión estequiometria o teórica:

Es la combustión que se lleva a cabo con la cantidad mínima de aire para que no existan sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión no hay presencia de oxigeno en los humos, debido a que este se ha empleado íntegramente en la reacción.

Combustión con exceso de aire:

Es la reacción que se produce con una cantidad de aire superior al mínimo necesario. Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustión tiende a no producir sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión es típica la presencia de oxigeno en los gases de combustión.

La razón por la cual se utiliza normalmente un exceso de aire es hacer reaccionar completamente el combustible disponible en el proceso.

Combustión con defecto de aire:

Es la reacción que se produce con una menor cantidad de aire que el mínimo necesario. En este tipo de reacción es característica la presencia de sustancias combustibles en los gases o humos de reacción.

EXPLOSION

Una explosión es la liberación de energía en un intervalo temporal ínfimo. De esta forma, la potencia de la explosión es proporcional al tiempo requerido. Los órdenes de magnitud rondan los gigawatts.

Los orígenes de las explosiones se suelen dividir en dos clases:

Físicos: mecánicos (choques de móviles), electromagnéticos (relámpagos) o neumáticos (presiones y gases).

Químicos: de reacciones de cinética rápida.

Una explosión causa ondas de presión en los alrededores donde se produce. Las explosiones se pueden categorizar como deflagraciones si las ondas son subsónicas y detonaciones si son supersónicas (ondas de choque). Estas velocidades deben considerarse respecto del medio de propagación (el explosivo).

El efecto destructivo de una explosión es precisamente por la potencia de la detonación que produce ondas de choque o diferencias de presión subyacentes de duración muy corta, extremadamente bruscas.

La bomba atómica, por ejemplo, además de producir calor intenso produce presiones elevadísimas que causan las destructivas ondas de choque.

CICLO DIESEL

El ciclo del motor diesel lento (en contraposición al ciclo rápido, más aproximado a la realidad) ideal de cuatro tiempos es una idealización del diagrama del indicador de un motor Diesel, en el que se omiten las fases de renovado de la masa y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire. Además, se acepta que todos los procesos son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido. Aunque todo ello lleva a un modelo muy aproximado del comportamiento real del motor, permite al menos extraer una serie de conclusiones cualitativas con respecto a este tipo de motores.

Consta de las siguientes fases:

Compresión, proceso 1-2:

es un proceso de compresión adiabática reversible (isentrópica). Viene a simbolizar el proceso de compresión de la masa fresca en el motor real, en el que en el pistón, estando en el punto muerto inferior (PMI), empieza su carrera de ascenso, comprimiendo el aire contenido en el cilindro. Ello eleva el estado termodinámico del fluido, aumentando su presión, su temperatura y disminuyendo su volumen específico, en virtud delefecto adiabático. En la idealización, el proceso viene gobernado por la ecuación de la isentrópica , con k índice de politropicidad isentrópico.

Combustión, proceso 2-3:

en esta idealización, se simplifica por un proceso isóbaro. Sin embargo, la combustión Diesel es mucho más compleja: en el entorno del PMS (en general un poco antes de alcanzarlo debido a problemas relacionados con la inercia térmica de los fluidos), se inicia la inyección del combustible (en motores de automóviles, gasóleo, aunque basta con que el combustible sea lo suficientemente auto inflamable y poco volátil). El inyector pulveriza y perliza el combustible, que, en contacto con la atmósfera interior del cilindro, comienza a evaporarse. Como quiera que el combustible de un motor Diesel tiene que ser muy auto inflamable (gran poder detonante), ocurre que, mucho antes de que haya terminado la inyección de todo el combustible, las primeras gotas de combustible inyectado se auto inflaman y dan comienzo a una primera combustión caracterizada por ser muy turbulenta e imperfecta, al no haber tenido la mezcla de aire y combustible tiempo suficiente como para homogeneizarse. Esta etapa es muy rápida, y en el presente ciclo se obvia, pero no así en el llamado ciclo Diesel rápido, en el que se simboliza como una compresión isócora al final de la compresión. Posteriormente, se da, sobre la masa fresca que no ha sido quemada, una segunda combustión, llamada combustión por difusión, mucho más pausada y perfecta, que es la que aquí se simplifica por un proceso isóbaro. En esta combustión por difusión se suele quemar en torno al 80% de la masa fresca, de ahí que la etapa anterior se suela obviar. Sin embargo, también es cierto que la inmensa mayoría del trabajo de presión y de las pérdidas e irreversibilidades del ciclo se dan en la combustión inicial, por lo que omitirla sin más sólo conducirá a un modelo imperfecto del ciclo Diesel. Consecuencia de la combustión es el elevamiento súbito del estado termodinámico del fluido, en realidad debido a la energía química liberada en la combustión, y que en este modelo ha de interpretarse como un calor que el fluido termodinámico recibe, y a consecuencia del cual se expande en un proceso isóbaro reversible.

Expansión, proceso 3-4:

se simplifica por una expansión isentrópica del fluido termodinámico, hasta el volumen específico que se tenía al inicio de la compresión. En la realidad, la expansión se produce a consecuencia del elevado estado termodinámico de los gases tras la combustión, que empujan al pistón desde el PMS hacia el PMI, produciendo un trabajo. Nótese como, como en todo ciclo de motor de cuatro tiempos, sólo en esta carrera, en la de expansión, se produce un trabajo.

Última etapa, proceso 4-1:

esta etapa es un proceso isócoro desde la presión final de expansión hasta la presión inicial de compresión. En rigor, carece de cualquier significado físico, y simplemente se emplea ad hoc, para poder cerrar el ciclo ideal. Sin embargo, hay autores que no satisfechos con todas las idealizaciones realizadas, insisten en dar un significado físico a esta etapa, y la asocian el renovado de la carga, pues, razonan, es esto lo que se produce en las dos carreras que preceden a la compresión y siguen a la expansión: el escape de masa quemada y la admisión de masa fresca. No obstante, el escape es un proceso que requiere mucho más trabajo que el que implica este proceso (ninguno), y además ninguno de los dos procesos se da, ni por asomo, a volumen específico constante.

Es importante notar cómo, en el ciclo Diesel, no se deben confundir nunca los cuatro tiempos del motor con el ciclo termodinámico que lo idealiza, que sólo se refiere a dos de los tiempos: la carrera de compresión y la de expansión; el proceso de renovado de la carga cae fuera de los procesos del ciclo Diesel, y ni tan siquiera es un proceso termodinámico en el sentido estricto.

CICLO CARNOT

El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico ideal reversible entre dos fuentes de temperatura, en el cual el rendimiento es máximo. Fue estudiado por Sadi Carnot en su trabajo Reflections sur la puissance motrice de feu et sur les machines propres à developper cette puissance, de1824.

Una maquina térmica que realiza este ciclo se denomina maquina de carnot. Trabaja absorbiendo una cantidad de calor:

Y, como se verá adelante, es mayor que cualquier máquina que funcione cíclicamente entre las mismas fuentes de temperatura.

Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, el ciclo puede invertirse. Entonces la máquina absorbe calor de la fuente fría y cede calor a la fuente caliente, teniendo que suministrar trabajo a la máquina. Si el objetivo de esta máquina es extraer calor de la fuente fría se denomina máquina frigorífica, y si es aportar calor a la fuente caliente bomba de calor.

Es un ciclo termodinámico ideal reversible entre dos fuentes de temperatura, en el cual el rendimiento es máximo.

Una máquina térmica que realiza este ciclo se denomina máquina de Carnot. Trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de la fuente de alta temperatura y cede un calor Q2 a la de baja temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior. El rendimiento viene definido, como en todo ciclo, por si, lo que conduce al enunciado de Kelvin-Planck . El rendimiento de un motor de Carnot es el valor límite que teóricamente alcanzaría la máquina reversible, de forma que el rendimiento térmico de una maquina real es inferior a ese límite.

En un ciclo reversible de Carnot siempre se cumple, el trabajo neto W efectuado por el sistema durante el ciclo está representado por el área encerrada en la trayectoria a, b, c.d. La cantidad de energía calórica neta recibida por el sistema se obtiene por la diferencia entre Q2 y Q1. Como el estado inicial y final es el mismo, no hay cambio en la energía interna U del sistema. Por lo tanto, según la primera ley de termodinámica:

W = Q1 – Q2.

El ciclo de Carnot consta de cuatro etapas: dos procesos isotermos (a temperatura constante) y dos adiabáticos (aislados térmicamente)

1. Expansión isoterma: (proceso 1 → 2 en el diagrama) Se parte de una situación en que el gas se encuentra al mínimo volumen del ciclo y a temperatura T1 de la fuente caliente. En este estado se transfiere calor al cilindro desde la fuente de temperatura T1, haciendo que el gas se expanda. Al expandirse, el gas tiende a enfriarse, pero absorbe calor de T1 y mantiene su temperatura constante. Al tratarse de un gas ideal, al no cambiar la temperatura tampoco lo hace su energía interna, y despreciando los cambios en la energía potencial y la cinética, a partir de la 1ª ley de la termodinámica vemos que todo el calor transferido es convertido en trabajo:

2. Desde el punto de vista de la entropía, ésta aumenta en este proceso: por definición, una variación de entropía viene dada por el cociente entre el calor transferido y la temperatura de la fuente en un proceso reversible: Como el proceso es efectivamente reversible, la entropía aumentará

3. Expansión adiabática: (2 → 3) La expansión isoterma termina en un punto tal que el resto de la expansión pueda realizarse sin intercambio de calor. A partir de aquí el sistema se aísla térmicamente, con lo que no hay transferencia de calor con el exterior. Esta expansión adiabática hace que el gas se enfríe hasta alcanzar exactamente la temperatura T2 en el momento en que el gas alcanza su volumen máximo. Al enfriarse disminuye su energía interna, con lo que utilizando un razonamiento análogo al anterior proceso:
Esta vez, al no haber transferencia de calor, la entropía se mantiene constante:

4. Compresión isoterma: (3 → 4) Se pone en contacto con el sistema la fuente de calor de temperatura T2 y el gas comienza a comprimirse, pero no aumenta su temperatura porque va cediendo calor a la fuente fría. Al no cambiar la temperatura tampoco lo hace la energía interna, y la cesión de calor implica que hay que hacer un trabajo sobre el sistema:
Al ser el calor negativo, la entropía disminuye:

5. Compresión adiabática: (4 → 1) Aislado térmicamente, el sistema evoluciona comprimiéndose y aumentando su temperatura hasta el estado inicial. La energía interna aumenta y el calor es nulo, habiendo que comunicar un trabajo al sistema:
Al ser un proceso adiabático, no hay transferencia de calor, por lo tanto la entropía no varía:

· El ciclo completo:
• Variación de energía interna

En un proceso cíclico reversible la variación de energía interna es cero
• Trabajo

Los trabajos en las transformaciones adiabáticas son iguales y opuestos. A partir de las ecuaciones de las dos adiabáticas, la relación entre los volúmenes de los vértices es, lo que nos conduce a la expresión final para el trabajo.

• Calor En la isoterma T1 se absorbe calor Q>0 ya que vB>vA de modo que En la isoterma T2 se cede calor Q<0>

• Rendimiento del ciclo Se define rendimiento como el cociente entre el trabajo realizado y el calor absorbido

CICLO RANKINE

El Ciclo de Rankine es un ciclo termodinámico en el que se relaciona el consumo de calor con la producción de trabajo. Como otros ciclos termodinámicos, la máxima eficiencia termodinámica es dada por el cálculo de máxima eficiencia delciclo de carnot. Debe su nombre a su desarrollador, el físico y filósofo escoses William John Rankine.

El ciclo Rankine es un ciclo de planta de fuerza que opera con vapor. Este es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde produce energía cinética, donde perderá presión. Su camino continúa al seguir hacia un condensador donde lo que queda de vapor pasa a estado líquido para poder entrar a una bomba que le subirá la presión para nuevamente poder ingresarlo a la caldera. Existen algunas mejoras al ciclo, como por ejemplo agregar sobre calentadores a la salida de la caldera que permitan obtener vapor sobrecalentado para que entre a la turbina y aumentar así el rendimiento del ciclo.

El diagrama T-S de un ciclo de Rankine, mostrando el proceso no-ideal. Existen cuatro procesos distintos en el desarrollo del ciclo, los cuales van cambiando el estado del fluido. Estos estados quedan definidos por los números del 1 al 4 en el diagrama T-s. Los procesos que tenemos son los siguientes (suponiendo ciclo ideal con procesos internamente reversibles):

• Proceso 1-2: Expansión isoentrópica del fluido de trabajo en la turbina desde la presión de la caldera hasta la presión del condensador.

• Proceso 2-3: Transmisión de calor desde el fluido de trabajo al refrigerante a presión constante en el condensador hasta el estado de líquido saturado.

• Proceso 3-4: Compresión isoentrópica en la bomba. En él se aumenta la presión del fluido mediante un compresor o bomba, al que se le aporta un determinado trabajo.

• Proceso 4-1: Transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la caldera. En la realidad, los procesos no son internamente reversibles, pues tenemos distintas irreversibilidades y pérdidas, lo que se refleja en que los procesos 1-2 y 3-4 no son isoentrópicos.

Aumentar la eficiencia del Ciclo Rankine La idea para mejorar un ciclo Rankine es aumentar la temperatura promedio a la cual el calor se añade en la caldera o disminuir la temperatura promedio a la cual el calor se rechaza en el condensador. Estas ideas se pueden reflejar en:

1. Reducción de la presión del condensador: En este procedimiento se disminuye automáticamente la temperatura del condensador otorgando un mayo trabajo a la turbina, una disminución del calor rechazado. La desventaja es que la humedad del vapor empieza a aumentar ocasionando erosión en los alabes de la turbina.

2. Aumentar la presión de la caldera para una temperatura fija: Al aumentar la presión aumenta la temperatura a la cual se añade calor aumentando el rendimiento de la turbina por ende la del ciclo. La desventaja es la humedad excesiva que aparece.

3. Sobrecalentar la temperatura de entrada de la turbina: se procede a recalentar el vapor a altas temperaturas para obtener un mayo trabajo de la turbina, tiene como ventaja que la humedad disminuye. Este aumento de la temperatura esta limitado por las materiales a soportar altas temperaturas.

CICLO RANKINE CON RECALENTAMIENTO:

Ciclo Rankine regenerativo:
En esta variación se introduce un nuevo elemento al ciclo, un calentador abierto. Este elemento consiste en un intercambiador de calor por contacto directo en el cual se mezclan dos corrientes de agua para dar una corriente de temperatura intermedia. De las dos corrientes que entran al calentador una proviene de una extracción de vapor de la turbina y la otra del condensador (sufre la expansión total). Como las presiones en el calentador han de ser iguales, se añade una bomba después del condensador para igualar la presión de la parte del vapor que ha sufrido la expansión completa a la de la extracción. En esta variación del ciclo de Rankine, encontramos ventajas respecto al ciclo simple como un aumento del rendimiento y una reducción del aporte de calor a la caldera. Pero por otro lado también encontraremos inconvenientes como una reducción de la potencia de la turbina y un aumento de la complejidad de la instalación, ya que añadiremos a la instalación una bomba más y un mezclador de flujos.