Tema 2.3 (parte ii), Apuntes de Ingeniería Industrial

¡Descarga Tema 2.3 (parte ii) y más Apuntes en PDF de Ingeniería Industrial solo en Docsity!

GCM

1

TEMA 2.

MOTORES DE COMBUSTIÓN

INTERNA ALTERNATIVOS

GCM

2

Lección 1. Características generales y ciclos de los MCIA

Lección 2. Parámetros de los MCIA

Lección 3. Pérdidas mecánicas

Lección 4. Pérdidas de calor

Lección 5. Formación de la mezcla, y combustión en MEP

Lección 6. Formación de la mezcla y combustión en MEC

Lección 7. Emisiones contaminantes

ÍNDICE

GCM

4

COMBUSTIÓN NORMAL

Velocidad de combustión:

 Laminar: Depende de:

• Temperatura: aumenta con T
• Presión: efecto moderado
• Combustible
• Oxidante:
  • aumenta con X(O 2 ) (↓ con EGR)
• Dosado: máximo para ~1.1 – 1.

 Turbulenta: Depende de:

• Velocidad de combustión laminar
• Intensidad de la turbulencia:
  • Régimen de giro
  • Diseño de la cámara
  • Válvula de admisión

GCM

5

COMBUSTIÓN ANORMAL

 Autoinflamación:

 Denominación habitual: knock  Efectos:

• Fuertes elevaciones instantáneas de p y T
• Limitación relación de compresión (eficiencia)
• Ruido característico: picado
• Desgaste del motor

GCM

7

Lección 6. Formación de la mezcla y combustión en MEC

 Funciones sistema de inyección diésel:

 Introducir combustible en la cámara según tasa.  Atomizar el combustible para acelerar el contacto con el aire y la evaporación  Mezclar el combustible con el aire en la cámara de combustión

 Tipos de sistemas de inyección:

Raíl común (Common rail) e inyector

GCM

8

CHORROS DIESEL

 Fenómeno complejo debido a:

 Pequeñas dimensiones de los orificios  Altas presiones, velocidades y turbulencia  Proceso transitorios (duración ~1 ms, apertura y cierre de aguja)  Flujo multifásico (líquido y vapor)

 Fases simultáneas del proceso de inyección:

 Atomización  Englobamiento de aire  Evaporación

GCM

10

Lección 7. Emisiones contaminantes

Introducción

Parámetros para cuantificar las emisiones

Principales productos contaminantes

Medidas para reducir emisiones (internas y postratamiento)

Normativa anticontaminante

GCM

11

INTRODUCCIÓN

 Tipos de contaminación:

 Química  Acústica

 Contaminación química: asociada al proceso de combustión

 Conciencia contaminación:

 Diciembre 1952: Smog industrial en Londres  Años 60: Smog fotoquímico en Los Angeles

 Efectos:

• Alteración de las propiedades atmosféricas
• Daños en la vegetación
• Deterioro de la salud humana
• Deterioro de materiales

GCM

13

ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOX)

 Composición:

• Principalmente NO y NO 2 (pero también N 2 O, NO 3 , N 2 O 3 )

 Efectos bioquímicos y fisiológicos:

• NO 2 :

• Irritación en pulmones, tos, dolor de cabeza
• Reduce resistencia a infecciones para > 600 mg/m^3
• NO:
• Alto potencial destructor de la capa de ozono
• Desencadena destrucción de O 3 sin destruir NO: NO + O 3 NO 2 + O 2 NO 2 + O NO + O 2
• N 2 O:
• Efecto invernadero
• Alucinógeno y anestesiante (“gas de la risa”)
• Genera NO y NO 2
• NOx en general:
• Reactivos del “smog fotoquímico”
• En presencia de agua generan ácido nítrico: lluvia ácida

GCM

14

MONÓXIDO DE CARBONO

 Características:

• Especie intermedia en el proceso de combustión de hidrocarburos
• Incoloro, inodoro
• Fuerte dependencia con dosado y con temperatura

 Efectos fisiológicos:

• En sangre: CO + hemoglobina = carboxihemoglobina.
• Reduce capacidad de transporte de O 2.
• Efecto: 100

50

10

5

1

% de carboxihemoglobina en sangre

Horas de inhalación

muerte

sin síntomas (^) 15 ppm

30 ppm

100 ppm

300 ppm

coma^ 600 ppm vómitos, colapso

dolor de cabeza, reducción de agilidad mental

dolor de cabeza intenso

0.1 1 10 100

GCM

16

COMPUESTOS DE AZUFRE:

 Óxidos de Azufre (SOx): SO 2 , SO 3 , SO.

• Formación: Oxidación del azufre del combustible

 Ácido sulfúrico:

• Formación: SO 3 (soluble en agua) + H 2 O = SO 4 H 2
• Efectos: corrosión, lluvia ácida, etc…

 Sulfatos:

• Formación: SOx + trazas metálicas (del combustible, lubricante o desgaste cámara: Ca, Pb, Fe).
• Forman parte de las partículas.

 Reducción contenido en S:

• Procesos de desulfuración: coste energético, emisión de CO 2
• Normativas automoción: 10 ppm
• Pérdida de lubricidad. Necesidad aditivos.

GCM

17

PARTÍCULAS:

 Definición: Cualquier materia en estado líquido o sólido presente en los gases de salida en

condiciones ambientales

 Componentes:

• Hollín: Materia carbonosa (<1% w H). Redes cristalinas 3D
• Hidrocarburos procedentes del combustible o del lubricante
• Sulfatos, nitratos y nitritos
• Agua ligada
• Cenizas

 Efectos bioquímicos y fisiológicos:

• Deposición en tejido pulmonar:
  • Corto plazo: Irritaciones, bronquitis crónica
  • Largo plazo: Efisemas, cáncer
• Tóxicas por HC y sulfatos:
• Ensuciamiento: ropas, edificios
• Corrosión

GCM

19

SMOG INDUSTRIAL (SMOG GRIS):

 Reacción genérica: HC+NOx+ hv O 3 +NOy

Potencial generador depende de:

• ratio HC/NOx
• Estación del año
• MIR: O 3 / HC

Efectos fisiológicos del O 3 :

• Reducción capacidad respiratoria
• Muy irritantes (ojos, membranas, mucosas)
• Inhiben fotosíntesis (crecimiento de plantas)

Compuesto MIR Alcanos 0.01-1. Alquenos 0.8-7. Aromáticos 0.28-7. Alcoholes 0.3-1. Aldehídos 4-6. Cetonas 0.3-0.

SMOG FOTOQUÍMICO:

• Procedente de smoke+fog
• Contaminación de aire producida por hollín y azufre
• Combustión del carbón con altos contenido en azufre (dióxido de azufre, acido sulfúrico, etc..)
• Actualmente, en ciudades importantes, este tipo de contaminación no es importante

GCM

20

MEDIDAS PARA REDUCIR EMISIONES

 Medidas internas (motor y combustible):

• Combustible: reducir S, biocombustibles, combustibles gaseosos, …
• Mezcla: presión de inyección, homogeneización
• Diseño:
• Cámara de combustión: tamaño, relación de compresión, compactación
• Combustión: EGR (para reducir NOX), avanzar inyección, etc…