MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA EN AUTOMOCIÓN (PARTE IV)

Hola a todos

Nuevo artículo referido a motores, y ahora si comienzo a entrar en "harina", digamos que vamos a empezar a comprender como se diseña un motor y porqué se hace de esta o aquella manera. Como dije en el anterior capítulo, empezaré por explicar como es el sistema de alimentación de un motor de combustión interna. Pero antes de conocer como introducimos el combustible necesitamos saber que es un combustible y cuáles usan habitualmente los motores en automoción.

Bien, un combustible es cualquier material capaz de liberar energía al oxidarse violentamente, con desprendimiento de calor. Como se desprende de la anterior definición, un combustible siempre tiene que oxidarse de manera violenta, esto significa con gran desprendimiento de energía térmica (calor). La oxidación afecta a los compuestos con contenido en carbono (orgánicos), la molécula de oxígeno se une a la de carbono para formar monóxido de carbono o dióxido de carbono. Como ejemplos de combustibles tendríamos:

Mineral de carbón, antracita. Pasa por ser el carbón con mayor poder calorífico ya que su contenido en carbono es el mayor de todos, y no generaría demasiado desperdicio.

Mineral de carbón, coque. Igual que el anterior, solo que su contenido en carbono es menor y por tanto tiene menos poder calorífico y genera más desechos.

Bombonas de gas butano. El butano es un producto obtenido del cracking del petróleo. El butano tiene más poder calorífico que los carbones anteriormente nombrados.

El alcohol de 95º es también un combustible, aunque tiene menor rendimiento que los anteriores, ya sabéis a menor contenido de moléculas de carbono, menor es el rendimiento térmico del combustible.

Un bidón para combustible fósil (gasolina, gasoil, etc...). Los combustibles fósiles son los utilizados por los motores de combustión interna en automoción debido a su alto poder calorífico, que nos permite extraer más potencia del motor. Pero, ¿de donde se obtienen los combustibles fósiles?
Bien, como muchos sabréis ya, el petróleo es un material formado por una mezcla de hidrocarburos, es decir, de compuestos orgánicos que son combustibles. El petróleo aparece como resultado de la transformación orgánica de diferentes restos de animales y plantas que, sepultados bajo grandes capas de sedimentos, se sometieron a grandes presiones y temperaturas durante millones de años. Esta tranformación natural produce diferentes tipos de combustibles, desde betún hasta hidrocarburos líquidos o gaseosos.
El petróleo después de extraerlo se somete a un proceso llamado destilación fraccionada o cracking, del cúal obtenemos diferentes productos a diferentes temperaturas. A continuación unos ejemplos gráficos:

Envase conteniendo petróleo o "aceite de roca" (del griego πετρέλαιον)

Esquema de la destilación fraccionada del petróleo, donde se observa a que temperaturas obtenemos los difrentes combustibles. El gasoil o gasóleo lo obtenemos a mayor temperatura (300ºC) que la gasolina ligera o nafta (150ºC). Esto explica porqué el combustible diésel es más denso que la gasolina, porque en el cracking primero salen los combustibles más densos y después los más ligeros.
Bien, llegados a este punto pasamos a explicar que los motores de nuestro estudio utilizan como combustible la gasolina y el gasóleo principalmente (también alcohol en forma de etanol, pero no voy a entrar en detalles).
La gasolina que utilizamos actualmente se conoce como sin plomo de 95 octanos o 98 octanos. ¿Qué significa lo anterior? Pues al decir sin plomo, como su propio nombre indica se elimina el plomo del combustible ya que actualmente las normas anticontaminación son más extrictas que en años anteriores que si se añadían compuestos de plomo y manganeso para aumentar el octanaje de la gasolina. Aquí llegamos al quiz de la cuestión ya que el octanaje o índice de octano de la gasolina nos indica cuan resistente es esta al fenómeno de la autodetonación, es decir hasta que presión y temperatura una mezcla carburada de aire-combustible no autodetonará (sin chispa). Cuanto más alto es ese índice, más difícil será que la mezcla aire-gasolina detone sola, sin intervención de la chispa. El combustible diésel o gasóleo sin embargo presenta lo que se llama índice de cetano, que no es más que la medida que nos da el tiempo que transcurre desde que se introduce el combustible en la cámara de combustión y su detonación. Recordad que los motores de gasóleo no llevan bujía, la mezcla detona por compresión.
Bueno y ahora pasamos a estudiar como introducimos el combustible en el motor, porque no se puede hacer de cualquier manera, y además las diferencias entre el motor Otto y el Diésel marcarán también una manera distinta de introducir combustible. 
Comenzamos por el Otto (el Diésel lo explicaré en otro artículo), o motor de gasolina de 4 tiempos. Como se que es más fácil de entender gráficamente, paso a exponeros diferentes fotos y gráficos paso a paso, para que veáis el recorrido de la gasolina desde el tanque de combustible hasta la cámara de combustión:

Nuestro recorrido comienza en el depósito de combustible. En el esquema se observa como es por dentro un depósito de cualquier vehículo (genérico). La bomba de gasolina extrae el combustible del depósito y lo impulsa hacia el carburador o los inyectores:

Foto correspondiente a una bomba de combustible mecánica

Esquema de funcionamiento de la bomba, observaréis un brazo balancín, no es más que una conexión física entre el pedal del acelerador y la bomba. Cuanto más aceleramos, más combustible impulsamos y menos retorna. La bombas evolucionaron al siguiente tipo:

 Bomba de combustible eléctrica

 Bomba de combustible "exterior", pueden ser interiores al depósito también

Esquema de la bomba eléctrica. Al contrario que la bomba mecánica, aquí el control de flujo se hace de manera electrónica. Funciona por medio de engranajes y es mucho más precisa que el anterior tipo que funciona por medio de una membrana de diafragma.

Antes de impulsar el combustible por medio de la bomba, hay que filtarlo para eliminar agua e impurezas que podrían afectar al funcionamiento del motor:

Filtro de gasolina transparente

 Colocación del filtro, siempre antes de la bomba para evitar averías

Esquema de funcionamiento. El dispositivo es bastante simple como se puede observar y consiste en hacer pasar el combustible por un filtro que retiene humedad e impurezas. 

Ahora ya con nuestro combustible filtrado y bombeado, llegamos al dispositivo encargado de realizar la mezcla aire-combustible, el carburador o la inyección electrónica de combustible:

Carburador de la marca Solex, el combustible entra por el tubito de la izquierda de la imagen, el aire por la boca superior, que contiene la válvula de mariposa que controla la entrada de aire y que se acciona por medio del pedal del acelerador.

Esquema de funcionamiento del dispositivo, el cual está basado en el efecto venturi, y que dice que cuando un fluido que viaja a través de un conducto y se le obliga a pasar por un estrechamiento, este sufre una perdida de presión y un aumento de la velocidad con la que fluye. La función, como observamos en el esquema, es realizar la mezcla del aire con gasolina pulverizada, a través de la tobera, y que entra en la cámara de combustión. La mezcla no puede hacerse en cualquier medida, sino que se hace proporcional a la cantidad de aire que entra. La ecuación sería la siguiente:

Proporción de Mezcla  =

aire atmosférico en gramos consumo de gasolina en gramos

Como se puede ver, a más aire introducido mayor será la cantidad de combustible que necesitemos. La mezcla ideal o de máximo rendimiento es la llamada estequiométrica, la cual consta de 14,8 gramos de aire por 1 gramo de gasolina. Pero esta relación es imposible de mantener, de hecho como los motores funcionan a diferentes regímenes de revoluciones y con diferentes cargas de trabajo, normalmente el índice de proporción de la mezcla suele estar o por debajo o por encima de la estequiométrica. Si está por debajo se denomina mezcla rica o de máxima potencia, normalmente el valor suele ser de aproximadamente 1 gramo de gasolina por cada 12,5 gramos de aire. Si la relación está por encima de la ideal se denomina mezcla pobre o económica, y normalmente es aproximadamente 16 gramos de aire por cada gramo de gasolina.

Para controlar la mezcla, es decir los gramos de gasolina que introducimos utilizamos en el carburador el tornillo de mezcla, que podeis observar en la zona inferior del esquema del carburador.

Este sistema era demasiado impreciso y la empresa BOSCH introdujo en los años 80 el sistema de inyección electrónica de gasolina, que regula mucho mejor la cantidad de combustible que necesitamos:

Inyectores de gasolina, controlados electrónicamente

Esquema de como se coloca el inyector en un sistema de inyección indirecta. Como observareis va colocado justo antes de la válvula de admisión, la mezcla se realiza debido a que el inyector pulveriza el combustible en microgotas, las cuales mezclan con el aire que aspira el pistón al bajar y tener la válvula de admisión abierta.

Al contrario que en el caso anterior, en el sistema de inyección directa el combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión. Al realizarlo dentro de la cámara hay que inyectar a mayor presión para mezclar bien con el aire introducido.

De momento por ahora es suficiente, esto son sólo los fundamentos del sistema de alimentación del vehículo, en el siguiente artículo ampliaré información. Explicaré más profundamente el funcionamiento del carburador, y de las inyecciones electrónicas.

Me despido hasta el próximo artículo, no sin antes exponer las páginas webs consultadas y esperando haya sido de provecho la lectura y que esteis aprendiendo sobre el funcionamiento de un motor.

La bibliografía:

- http://www.todomotores.cl/competicion/mezcla_combustible.htm
- http://tipsautomotriz.blogspot.com.es/2012/06/inyeccion-directa-de-gasolina-bosch.html
- http://www.bricopage.com/como_se_hace/automovil/carburador.htm
- http://www.tallervirtual.com/2009/10/31/utilidad-de-la-bomba-electrica-de-combustible/
- http://www.todoelcolor.cl/2012/07/tuning/mecanica-que-es-el-filtro-de-gasolina-y-cuando-debo-cambiarlo/
- http://www.tallervirtual.com/2009/04/17/diez-factores-que-acortan-la-vida-util-del-coche-tercera-parte/
- http://www.automotriz.net/cms/tecnica/conocimientos-basicos-parte-4/
- http://es.scribd.com/doc/23178624/Motor-de-Gasolina-de-4-Tiempos
- http://es.wikipedia.org/wiki/Gas%C3%B3leo
- http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_cetano
- http://es.wikipedia.org/wiki/Gasolina
- http://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leo
- http://www.suministrosparacuchillos.com/forjar-cuchillos.php
- http://es.wikipedia.org/wiki/Combustible