Una cámara de combustión es parte de un motor de combustión interna en el que se quema la mezcla de aire y combustible . Para las máquinas de vapor, el término también se ha utilizado para una extensión de la cámara de combustión que se utiliza para permitir un proceso de combustión más completo.
Motores de combustión interna
En un motor de combustión interna , la presión causada por la combustión de la mezcla de aire / combustible aplica fuerza directa a una parte del motor (por ejemplo, para un motor de pistón, la fuerza se aplica a la parte superior del pistón), lo que convierte la presión del gas en mecánica. energía (a menudo en forma de un eje de salida giratorio). Esto contrasta con un motor de combustión externa, donde la combustión tiene lugar en una parte separada del motor donde la presión del gas se convierte en energía mecánica.
Motores de encendido por chispa
En los motores de encendido por chispa, como los motores de gasolina (gasolina) , la cámara de combustión suele estar ubicada en la culata . Los motores a menudo se diseñan de manera que la parte inferior de la cámara de combustión esté aproximadamente en línea con la parte superior del bloque del motor .
Los motores modernos con válvulas en cabeza o árbol (s) de levas en cabeza utilizan la parte superior del pistón (cuando está cerca del punto muerto superior ) como la parte inferior de la cámara de combustión. Por encima de esto, los lados y el techo de la cámara de combustión incluyen las válvulas de admisión, las válvulas de escape y la bujía. Esto forma una cámara de combustión relativamente compacta sin ningún saliente lateral (es decir, toda la cámara está ubicada directamente encima del pistón). Las formas comunes para la cámara de combustión son típicamente similares a una o más semiesferas (como las cámaras hemi , techo inclinado , cuña o en forma de riñón).
El diseño de motor de cabeza plana más antiguo utiliza una cámara de combustión en forma de "bañera", con una forma alargada que se encuentra sobre el pistón y las válvulas (que se encuentran al lado del pistón). Los motores IOE combinan elementos de válvulas en cabeza y motores de cabeza plana; la válvula de admisión está ubicada sobre la cámara de combustión, mientras que la válvula de escape está ubicada debajo.
La forma de la cámara de combustión, los puertos de admisión y los puertos de escape son clave para lograr una combustión eficiente y maximizar la potencia de salida. Las culatas de los cilindros se diseñan a menudo para lograr un cierto patrón de "remolino" (componente rotacional del flujo de gas) y turbulencia , lo que mejora la mezcla y aumenta la velocidad de flujo de los gases. La forma de la parte superior del pistón también afecta la cantidad de remolino.
Otra característica de diseño para promover la turbulencia para una buena mezcla de aire / combustible es el aplastamiento , donde la mezcla de aire y combustible es "aplastada" a alta presión por el pistón ascendente. [1] [2]
La ubicación de la bujía también es un factor importante, ya que este es el punto de partida del frente de la llama (el borde de ataque de los gases en combustión) que luego viaja hacia abajo hacia el pistón. Un buen diseño debe evitar las grietas estrechas donde el "gas final" estancado puede quedar atrapado, lo que reduce la potencia de salida del motor y puede provocar detonaciones en el motor . La mayoría de los motores usan una sola bujía por cilindro, sin embargo, algunos (como el motor Alfa Romeo Twin Spark 1986-2009 ) usan dos bujías por cilindro.
Motores de encendido por compresión
Los motores de encendido por compresión, como los motores diésel , se clasifican normalmente como:
- Inyección directa, donde el combustible se inyecta en la cámara de combustión. Las variedades comunes incluyen la inyección directa unidad y common rail de inyección.
- Inyección indirecta , donde el combustible se inyecta en una cámara de turbulencia o cámara de precombustión . El combustible se enciende cuando se inyecta en esta cámara y la mezcla de aire / combustible en combustión se esparce hacia la cámara de combustión principal.
Los motores de inyección directa suelen ofrecer una mejor economía de combustible, pero los motores de inyección indirecta pueden utilizar un grado de combustible inferior.
Harry Ricardo destacó en el desarrollo de cámaras de combustión para motores diésel, siendo el más conocido el Ricardo Comet .
Turbina de gas
En un sistema de flujo continuo, por ejemplo, una cámara de combustión de un motor a reacción , la presión se controla y la combustión crea un aumento de volumen. La cámara de combustión en turbinas de gas y motores a reacción (incluyendo estatorreactores y scramjets ) se llama la cámara de combustión .
La cámara de combustión es alimentada con aire a alta presión por el sistema de compresión, agrega combustible y quema la mezcla y alimenta el escape caliente a alta presión a los componentes de la turbina del motor o por la boquilla de escape.
Existen diferentes tipos de combustores , principalmente: [3]
- Tipo de lata: Las cámaras de combustión de lata son cámaras de combustión cilíndricas autónomas. Cada "lata" tiene su propio inyector de combustible, revestimiento, interconectores, carcasa. Cada "lata" recibe una fuente de aire a partir de una abertura individual.
- Tipo canular: al igual que la cámara de combustión de tipo lata, las cámaras de combustión anular de lata tienen zonas de combustión discretas contenidas en revestimientos separados con sus propios inyectores de combustible. A diferencia de la cámara de combustión de latas, todas las zonas de combustión comparten una carcasa de aire común.
- Tipo anular: las cámaras de combustión anulares eliminan las zonas de combustión separadas y simplemente tienen un revestimiento continuo y una carcasa en un anillo (el anillo).
Motor de cohete
Si la velocidad del gas cambia, se produce un empuje , como en la boquilla de un motor cohete .
Máquinas de vapor
Teniendo en cuenta la definición de cámara de combustión utilizada para los motores de combustión interna, la parte equivalente de una máquina de vapor sería la cámara de combustión , ya que aquí es donde se quema el combustible. Sin embargo, en el contexto de una máquina de vapor, el término "cámara de combustión" también se ha utilizado para un área específica entre la cámara de combustión y la caldera . Esta extensión de la cámara de combustión está diseñada para permitir una combustión más completa del combustible, mejorando la eficiencia del combustible y reduciendo la acumulación de hollín y sarro. El uso de este tipo de cámara de combustión en locomotoras de vapor de gran tamaño, permite el uso de tubos de combustión más cortos .
Microcámaras de combustión
Las microcámaras de combustión son los dispositivos en los que la combustión ocurre a un volumen muy pequeño, debido a que aumenta la relación superficie / volumen , lo que juega un papel vital en la estabilización de la llama.
Cámaras de combustión de volumen constante
Las cámaras de combustión de volumen constante (CVCC) son los dispositivos de investigación que generalmente están equipados con bujías, inyectores, líneas de entrada y salida de combustible / aire, transductores de presión, termopares, etc. [4] Dependiendo de las aplicaciones, se pueden proporcionar con o sin acceso óptico mediante ventanas de cuarzo. Las cámaras de combustión de volumen constante se han utilizado ampliamente con el objetivo de estudiar una amplia gama de aspectos fundamentales de la ciencia de la combustión. Características principales de los fenómenos de combustión como llamas premezcladas , [4] ignición, [5] autoignición, [6] velocidad de combustión laminar , [4] velocidad de la llama , [4] llamas de difusión, [7] aerosoles, [7] producción de emisiones, [ 8] las características del combustible y la combustión, [4] y la cinética química se pueden investigar utilizando CVCC.
Ver también
- Cabeza de cilindro
- Desplazamiento del motor
- Combustor
- Relación de compresión variable
Referencias
- ^ "Configuración de la liquidación de Squish" . www.nrhsperformance.com . Consultado el 2 de agosto de 2020 .
- ^ "Cómo medir la holgura de aplastamiento de la culata" . homes.ottcommunications.com . Consultado el 23 de marzo de 2018 .
- ^ "Combustor - Quemador" . Centro de Investigación Glenn de la NASA . 2015-05-05. Archivado desde el original el 29 de octubre de 2020 . Consultado el 8 de noviembre de 2020 .
- ^ a b c d e Morovatiyan, Mohammadrasool; Shahsavan, Martia; Aguilar, Jonathan; Mack, J. Hunter (7 de agosto de 2020). "Efecto de la concentración de argón sobre la velocidad de combustión laminar y la velocidad de la llama de mezclas de hidrógeno en una cámara de combustión de volumen constante" . Revista de tecnología de recursos energéticos : 1–28. doi : 10.1115 / 1.4048019 . ISSN 0195-0738 .
- ^ Morovatiyan, Mohammadrasool; Shahsavan, Martia; Shen, Mengyan; Mack, J. Hunter (4 de noviembre de 2018). "Investigación del efecto de la rugosidad de la superficie del electrodo en la ignición por chispa" . Volumen 1: Motores de gran diámetro; Combustibles; Combustión avanzada . San Diego, California, EE.UU .: Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos: V001T03A022. doi : 10.1115 / ICEF2018-9691 . ISBN 978-0-7918-5198-2.
- ^ Kang, Dongil; Kalaskar, Vickey; Kim, Doohyun; Martz, Jason; Violi, Angela; Boehman, André (noviembre de 2016). "Estudio experimental de las características de autoignición de los sustitutos del Jet-A y su validación en un motor motorizado y una cámara de combustión de volumen constante" . Combustible . 184 : 565–580. doi : 10.1016 / j.fuel.2016.07.009 .
- ^ a b Shahsavan, Martia; Morovatiyan, Mohammadrasool; Mack, J.Hunter (julio de 2018). "Una investigación numérica de la inyección de hidrógeno en fluidos de trabajo de gases nobles" . Revista Internacional de Energía de Hidrógeno . 43 (29): 13575-13582. doi : 10.1016 / j.ijhydene.2018.05.040 .
- ^ Yagi, Shizuo; Fecha, Tasuku; Lnoue, Kazuo (1 de febrero de 1974). "Emisión de NOx y economía de combustible del motor Honda CVCC" : 741158. doi : 10.4271 / 741158 . Cite journal requiere
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