Mecánica de Sólidos

Perdidas de energía en motores de combustión interna

INFORME

Integrantes:

Camacho, Bautista Steven

Sinche De La Cruz, Crhistian

Vega Huapaya , Roosevelt

Velásquez Pecho, Johan Enzo

Zamora Rosas, Allison Samanta

Grupo: C15 – 02 – A

Profesor: Penélope Vargas Gargate

Fecha de entrega: 19 de junio

2014 - 2

Perdidas de energía en motores de combustión interna

Introducción

En la actualidad existen nuevas tecnologías automotrices, sobre todo tratándose de nuevas tecnologías que se enfocan en un cambio radical por el bien del planeta. Ante esto tenemos en su mayoría vehículos de combustión con mecanismos eléctrico-mecánicos que mucho de ellos son utilizados para carreras, transporte o por simple diversión para pasear. Cierto desarrollo que ha permitido la industria automotriz es hacer más eficientes sus autos, por ello se tiene que tener en cuenta que los autos pierden demasiada energía desde la fricción en sus sistemas de frenado hasta la combustión incompleta generada en la cámara de ignición, además los combustibles son la fuente dominante de energía y su uso es responsable de la generación de más de dos tercios de la emisiones de gases de efectos. En este informe se detallara diversos motivos por los cuales se pierde energía y también se detallara los métodos para solucionarlos, siendo como objetivo final el escoger la solución más adecuando tanto en eficiencia como en beneficios a corto y largo plazo.

Perdidas de energía en motores de combustión interna

I. Objetivos Argumentar y optar por el mejor método para reducir las pérdidas de energía en

los motores de combustión.

II. Fundamento Teórico

Fuentes de pérdida de energía en los motores de vehículos automotriz

Inyección en motores de combustión:

La combustión de un motor consiste de cuatro tiempos: admisión-compresión-explosión-escape. En el proceso de admisión se debe ingresar la cantidad apropiada de oxigeno con combustible para poder llevar a cabo una combustión completa. Sin embargo si no hay una inyección adecuada de oxígeno y combustible se tiene una explosión que daña el motor y hay pérdidas de energía, además en el proceso de “escape” se pierde combustible hacia el medio ambiente. El proceso de combustión interna del motor tiene múltiples pérdidas, por el rozamiento entre los pistones, desgaste de calor entre los elementos.

Tiempo de admisión - El aire y el combustible vaporizado entra a la cámara de combustión acá interviene que las proporciones de cada compuesta sean las apropiadas para llevar la combustión completa. Siendo su ecuación:

C(n)H(2n+2) + (1.5n+0.5)O2 → (n)CO2 + (n+1)H2O

Ecuación 1. Combustión completa de un hidrocarburo.

Para el caso de una combustión incompleta se desperdicia combustible al no reaccionar por falta de oxígeno.

Tiempo de compresión –En esta etapa el vapor de combustible y el aire son comprimidos y encendidos, durante el proceso de compresión ocurre un desgaste por el rozamiento entre el pistón y los cilindros, siendo necesaria una elevación de presión al disminuir el volumen de cámara.

Tiempo de combustión - El combustible se inflama y el pistón es empujado hacia abajo. Durante este proceso ocurre la explosión que genera la energía para desplazar al vehículo. La cantidad de calor generado se transforma en el movimiento de los pistones, pero gran parte se disipa atravesó de los componentes y primordialmente atreves del gas generado por la combustión.

Tiempo de escape - Los gases de escape se conducen hacia afuera. Para esta etapa los gases generados por la combustión primordialmente CO2 a altas temperaturas es liberado al medio ambiente, no solo desperdiciando energía sino también contaminando el ecosistema.

Todos estos procesos son explicados por el ciclo Otto y Diésel.

Perdidas de energía en motores de combustión interna

III. Planteamiento del problema

En el caso los vehículos automotriz se puede definir diversos problemas que desperdician la energía en el motor generando gastos en combustible, mantenimiento y repuestos.

Gráfico 1. Organizador de información.

Perdidas de energía en motores de combustión interna

Perdidas de energía en motores de combustión

interna

Indicadores

Perdidas de energia por la necesidad de usar combustibles fosiles.

Falla en la inyeccion, genera combustion

incompleta

Combustion incompleta genera perdidas de

energia

Causas mas probables

perdidas de calor en la combustion ademas

perdiada de enrgia en ruido y rozamiento

Ocurre por la combustion incompleta

Falla en la proporcion adecuada de oxigeno y

combustible

Lista de las soluciones mas posibles

El uso de motores electricos disminuye la contaminacion y la eficiencia actual es de 0 a 1000km en 3.2 segundos,

filtro especializado para disminuir los gases toxicos

Control electronica que precise con exactitud la proporcion adecuada de oxigeno y combustible

Consecuencias de la problematica presentada

La energia perdida que contamina con calor, ruido y gases nosivos.

Perdida de energia y gasto en excedentes de

combustible

Contaminacion del medio ambiente

Estrategia Ventajas Desventajas Consecuencias

Motor eléctrico Tesla

Estos motores eléctricos consiste su funcionamiento en base a baterías, generando movimiento por campos eléctricos-magnéticos rotativos en boinas multipolares.

-La primordial ventaja es la reducción a cero de la contaminación por emisión, ya que estos motores no tiene residuos nocivos-Además el costo se reducen a un euro por cada 100 kilómetros lo cual genera un gran ahorro frente al combustible de fósiles.-Otra ventaja es que no han ruido y emiten poco calor, lo cual evitaría perdidas por calor y acústica.

-Estos equipos al ser modernos no tienen muchos puntos de recarga para la batería sin embargo actualmente en EEUU se está desarrollando grifos para que los autos eléctricos puedan recargar además la empresa Tesla Motors ha inventado un método e cambio de batería para así poder tener siempre al vehículo cargado.

Con esta nueva innovación tecnológica se vería no solo la eficiencia en la disminución de ´perdidas de energía por calor, vibración o rozamiento sino una disminución en la contaminación ambiental

Perdidas de energía en motores de combustión interna

Control de emisiones de gases malignos en los vehículos de combustión interna.

Al momento del funcionamiento del motor del vehículo, la sonda lambda el catalizador (alojado cerca al múltiple del escape), el cual es accionado por las altas temperaturas que emite la combustión (en la cámara de combustión del motor), impiden que salgan al exterior los hidrocarburos, monóxidos de carbono y los óxidos de nitrógeno.

-la Sonda lambda es un sensor que emite una señal a la unidad electrónica de mando del motor, indicándole que existe una pobre mezcla o una rica mezcla y por ende a partir de dicha señal se regula la combustión.

-El catalizador impide que los gases contaminantes (ocasionados por la mala combustión) salgan al exterior mediante la técnica de la catálisis y a la vez aprovechando las altas temperaturas que emite la combustión llega a alcanzar de los 400hasta las 700° C , las cuales descomponen las moléculas reteniendo uno de sus iones, lo que nos da por resultado en moléculas de Nitrógeno y oxigeno ( los cuales componen el 99% del aire que respiramos), además nos daCO2 el cual favorece para el medio ambiente y H 2O ( la composición del agua)

-La desventaja de la sonda lambda es que si se usa combustible de mala calidad (gasolina con plomo), a este sensor se le acortará el tiempo de vida y por ende a ser desusado muy rápido-La desventaja que muestra el catalizador es por su costo elevado

-De usar la sonda lambda (o sensor de aire) más el catalizador, juntos generarían un ahorro de combustible, eficiencia del motor, prolongación de vida de los componentes del motor y control de las energías.Además genera una mejor calidad de vida para la humanidad evitando la contaminación ambiental.

Perdidas de energía en motores de combustión interna

Inyección Electrónica

Energizar el inyector electrónico mediante unidad de control electrónico, éste se abre y rocía la entrada del cilindro con combustible atomizado el que se mezcla con el aire succionado desde el exterior para producir la mezcla aire/combustible, esto se produce durante la etapa de admisión del cilindro.

•Realizar hasta 5 preinyecciones antes de la inyección principal.•Mayor potencia del motor.•Regular la presión en los inyectores en función de la carga del motor.•Menor consumo de combustible.•Disminuye la cantidad de emisiones contaminantes.

•Son de mayor costo en las reparaciones•Una ligera pérdida de rendimiento, debido a que si se llegara a la combustión completa esta genera una mala explosión haciendo que aumentase el rozamiento entre los elementos del auto

Menores residuos contaminantes en los gases de escape. Estas ventajas se deben, principalmente, a que en la inyección electrónica, se tienen en cuenta todas las condiciones de funcionamiento que se presentan en el motor, para procurar la alimentación del combustible. El sistema de inyección permite adaptar la alimentación de combustible a al condiciones de funcionamiento del motor en forma aún más precisa que el mecánico. En él se toman en cuenta una serie de factores de gran importancia en el logro de la potencia óptima del motor.

Tabla 1.Tabla con las soluciones posibles a la problemática y sus indicaciones respectivas.

Perdidas de energía en motores de combustión interna

IV. Marco teórico para la solución

La mejor solución escogida tras evaluar los pro y contra es el motor eléctrico Tesla ya que en este equipo solo hay perdidas eléctricas más se disminuye las pérdidas de rozamiento y po9r calor. Para definir la teoría de este equipo se usara la física electromagnética.

El esquema de los flujos de potencia en los motores eléctricos es el siguiente:

Siendo el estator la parte del motor que esta inmóvil y el rotor la parte móvil y giratoria aquí ocurren perdidas por fricción y inducción, que son perdidas mecánicas (Perdidas Cu que se dan por las resistencias), eléctrica y Pfe (Estas son perdidas por magnéticas en el núcleo estatórico).

La eficiencia de los motores eléctricos está relacionada con la potencia consumida de la fuente y la potencia generada en el eje del rotor siendo de acuerdo a los estudios de la empresa Tesla Motors entre valores del 80 al 82% (Publicado en su página web http://www.teslamotors.com/), Mientras que de acuerdo al estudio ya conocido de los motores de combustión que usan ciclo Diésel, estos ciclos se rigen de las siguientes graficas PV.

Perdidas de energía en motores de combustión interna

Siendo su eficiencia la energía producida en la expansión entre la consumida por el combustible en la combustión. Estos motores llegan a una eficiencia no mayor del 70% es por ello que son en comparación al motor Tesla muy inferiores no solo en potencia, energía sino también en cuidado hacia el medio ambiente

V. Conclusión

De todas las opciones planteadas se concluyó que la más óptima es el uso del motor eléctrico Tesla, ya que en estos motores se elimina la necesidad de combustión, pistón e inyección. Además la eficiencia de estos motores es del 80% hasta en los últimos modelos llegando al 82%, mientras que en los motores de combustión de ciclo Diésel la eficiencia máxima es de 70%. Esto se debe a que estos motores eléctricos usan campos magnéticos atreves de bobinas multipolares con variadores de frecuencia para poder acelerar en 3.2 segundos desde 0 a 100 km.

Perdidas de energía en motores de combustión interna

VI. Referencias

M.S.Jovaj. (1982).Motores de Automóvil. Editorial MIR MOSCU Paz Guitian, M. A. (2006). Manual de Automóviles. Madrid: S.L. CIE INVERSIONES

EDITORIALES DOSSAT-2000.

Perdidas de energía en motores de combustión interna

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