Óscar Iván Soto Guaderrama 120757

COMBUSTIÓN LAMINAR Y TURBULENTA

A manera de introducción se sabe que mediante la quema de combustible dentro de la cámara de un motor de combustión interna, es la manera en que se puede obtener la energía mecánica necesaria para mover un vehículo, ésta quema llamada combustión, es un fenómeno complejo ya que dependiendo de la relación de la mezcla aire combustible y de las velocidades con la que entra a la cámara de combustión, la reacciones químicas describirán un proceso de combustión laminar o turbulento. A continuación se explicara brevemente la combustión laminar y turbulenta.

En la combustión laminar se supone que la mezcla aire-combustible en la que el perfil de velocidades es igual por lo que el frente de flama tiene la forma como se muestra en la figura 1. Este frente de flama, su límite es esférico en el inicio de la combustión, yendo de los gases quemados hacia los mezcla fresca tal como ocurre la transferencia de calor.

Las condiciones se caracterizan en que la mezcla fresca, o de baja temperatura, de acuerdo a la ecuación estequiométrica habrá una alta concentración de oxigeno y mínima cantidad de dióxido de carbono y monóxido de carbono mientras que en la mezcla quemada, habrá mínima cantidad de oxigeno pero una altas concentraciones de dióxido y monóxido de carbono a altas temperaturas. En función de la velocidad de combustión y con la que velocidad de reacción química y “en el caso de combustión a velocidad constante, la velocidad de arrastre, debida a la expansión de los productos de la reacción, que al estar calientes se expanden, empujando al frente de llama a la vez que comprimen la mezcla fresca”. Esta velocidad de combustión de condición únicamente laminar, ademas de estar en función de la temperatura generada en la quema de combustible, de la presión y de la composición de la mezcla.

Figura 1. Frente de flama en condición laminar

El proceso de combustión laminar es solo una idealización, es decir que, en la realidad la combustión no se lleva a cabo de esta manera debida a las condiciones del flujo de la mezcla de aire-combustible, para poderse estudiar de una manera más sencilla. Cuando se requiere analizar la combustión de una manera más real se tiene el caso de la combustión turbulenta que se explicará a continuación.

La combustión turbulenta, al igual que la combustión laminar, se considera que la mezcla aire-combustible es homogénea sólo que en cuanto a las dirección del flujo no van hacia la misma dirección y por lo tanto las velocidades llegan a alcanzar altas velocidades

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provocando vórtices las cuales provocan diferencias de presiones, a estas condiciones se le conoce como turbulencia. Los efecto de presiones y vórtices provocan que la llama sufra una deformación como se muestra en la figura 2, donde se observa que la frontera entre los cases quemados y los gases fresca, no es un límite regular como por ejemplo la forma simétrica esférica como en las combustión laminar, si no es irregular llamada corrugación, haciendo que este límite o superficie aumente de manera significativa haciendo que mas mezcla de aire combustible sin quemar sea alcanzado por la llama y la rapidez de reacción sea más rápida provocando una liberación mayor energía en forma de calor.

Figura 2. Forma de la frente de flama turbulenta llamada corrugación

Este proceso de combustión turbulenta es similar al proceso de combustión laminar ya que en el análisis se considera la velocidad de combustión y de reacción química, se considera también las velocidades generadas por la turbulencia.

A modo de conclusión, se vio que el proceso de combustión que para su estudio se divide en combustión laminar y combustión turbulenta. La condición de la mezcla en ambos procesos es homogénea, solo que en la combustión laminar se establece que la mezcla esta en reposo por lo que en el momento de que la mezcla se desplaza, la velocidad del volumen de la mezcla es la misma, por lo que cuando se inicia la combustión y generación de los gases quemados, estos se mueven hacia la mezcla fría generando una velocidad de combustión laminar para un análisis simple. Por otro lado, la combustión turbulenta es como en realidad se da el proceso ya que también se considera para el cálculo de la velocidad de combustión turbulenta, el campo de velocidad de la mezcla quemada hacia la mezcla fresca. Los factores en los que interviene en las velocidades de combustión son la presión, temperatura y ademas, como se vio en clase, el dosado, que de hecho es el factor que más influye.