Cámaras de Combustión y Combustibles en Motores Marinos

Cámaras de combustión

Cámaras de acumulación de aire: ya no se utilizan pero contribuyeron al desarrollo del motor diesel. Son parecidas a las de cámara abierta pero presentan gran dificultad de arranque. Funcionan de manera que, durante la expansión, el aire acumulado en su interior sale finalizando el proceso de mezcla.

Cámaras de inyección directa

La cámara es abierta si la mezcla se origina debido al sistema de inyección.

• Sin turbulencia: aquellas donde el combustible busca aire, este es inyectado en el interior de la cámara, la pérdida de calor a través de sus paredes es pequeña. Permite utilizar combustibles de baja calidad, el motor se arranca fácil, la turbulencia del aire es menor de 50m/s y tienen un sofisticado sistema de inyección a alta presión con inyector de orificios múltiples.
• Con turbulencia: pueden ser con o sin efecto de pared caliente. La turbulencia puede ser producida por el pistón, por la culata o por las válvulas con deflector. En estas, el aire busca combustible. Poseen gran transmisión de calor pero su arranque es más difícil. Alta temperatura de la cabeza del pistón.

Cámaras de turbulencia

Por efecto del paso de aire entre el cilindro y la cámara, adquiere gran velocidad con movimiento turbulento.

• Precámaras de combustión: se usan en motores de menos de 600cm3. Puede tener forma cilíndrica o esférica. El combustible se inyecta en la cámara de precombustión con el chorro dirigido al paso de comunicación de cámara auxiliar y la principal. Parte del combustible se quema en la precámara. Poseen un volumen de máximo 30%, arranque difícil, necesita calentadores de ayuda y presentan grandes pérdidas de bombeo.
• Cámaras de elevada turbulencia: se distinguen de las anteriores por su forma y volumen, son esféricas. Se utilizan en motores de 4T, actualmente en pequeños motores de automoción. Están unidas al cilindro mediante un conducto tangencial. Combina efectos de cámara abierta y de precombustión.

Diferencias reales e ideales

1. Diferencias de forma: son apreciables durante las fases de compresión, expansión y durante los redondeos de los tramos rectilíneos del ciclo ideal debido a: Pérdidas de calor (refrigeración del motor); la combustión no se produce a presión constante y a la duración de la apertura de la válvula de escape.

2. Diferencias en presión y temperatura máximas: aumento de los calores específicos con la temperatura; disociación de los productos de la combustión en sus elementos iniciales absorbiendo calor durante el proceso. Wbb: Padm (presión en el interior del cilindro menor que la atmosférica y P.evac (presión mayor a la atmosférica.

La disociación: la combustión se desarrolla con una fuerte velocidad de reacción, esto hace que la formación de compuestos sea rápida pero, cuando apenas se han formado el agua y el dióxido de carbono, se produce un aumento de temperatura que hace que se disocien los elementos en sus compuestos básicos. La concentración de los elementos que constituyen el combustible, máxima al comienzo de la combustión, disminuye también la velocidad de reacción del agua y dióxido de carbono. Se llega a alcanzar un estado de equilibrio en el cual la velocidad de formación es igual que la disociación, lo cual es variable para la temperatura. La disociación aumenta lentamente al principio y después con rapidez.

Elementos contaminantes en el gas de escape: 1. Hidrocarburos formados por el efecto de pared fría o por combustiones incompletas. CO: provienen de la disociación del CO2. NOx: se producen por las altas temperaturas de la combustión, concentración alta de oxígeno o aumento del rendimiento térmico del ciclo. SO: depende de la cantidad de azufre que contenga el combustible. Partículas sólidas: creadas por el déficit de O2 en algunas zonas de la cámara.

Combustibles en motores marinos

MGO: obtenido de la destilación, es el de más alta calidad.

• Composición: 86% de C, 12.5% de H+0.5% de S, 0.52 de asfaltos y otros.
• Densidad: 0.8/0.85kgs/dm3.
• Pto. inflamación: 60-115.
• Pto. autoinflamación: 330-350.
• Agua: 0.1% en volumen máximo.
• Residuo carbonoso conradson: 0.1% en peso máximo.
• Azufre: 0.3% en peso máximo.
• Índice de cetano: 35-45.
• PCI: 10000kc/kg.
• Viscosidad: 2.0 a 4.5 CentiStokes a 20ºC.

FO marino: mezcla de hidrocarburos sin refinar que resulta de extraer al petróleo crudo los productos más ligeros mediante destilación, craking catalítico o térmico u otro sistema. Existen dos categorías principales: IFO: oscila entre 30 y 180 cSt a 50ºC y HFO: más de 180 cSt a 50ºC.

MDO: se obtiene de la destilación, si es de mezcla, puede contener pequeñas proporciones de FO residual.

Propiedades de los combustibles

1. Poder calorífico: calor desprendido bajo unas condiciones determinadas. Densidad: masa/volumen del combustible a una temperatura determinada. Viscosidad: resistencia a fluir. Pto de inflamación: punto mínimo que ese combustible debe poseer para que emita vapores que se inflamen al contacto con una llama. Pto. de combustión: temperatura mínima que debe tener un combustible líquido para que en contacto con el aire se encienda espontáneamente. Pto. de fluidez: temperatura a la cual el combustible líquido es incapaz de fluir a través de un conducto.