Divulgación Sobre combustibles y motores

[kasio]

Hola a todos, es un gusto volver al foro después de tanto tiempo. Me venía preguntando por qué hay unos combustibles con más rendimiento y otros que ofrecen más potencia.
He buscado un poco de información por varios sitios, y a la conclusión a la que llegué por datos de tablas y fórmulas y demás es que el gasóleo ofrece mas rendimiento que la gasolina debido a que es menos volátil y por lo tanto para su combustión se necesita alcanzar temperaturas más altas y según la fórmula de rendimiento:

R=100*(Qabs-Qced)/Qabs

El rendimiento será mayor por lo dicho anteriormente, el calor depende de la temperatura, y me supongo que el calor cedido se busque que tienda a 0, por lo que el material con el que se construye el motor será lo suficientemente aislante para conservar el calor y lo suficientemente conductor para que no haya problemas de dilatación térmica...

El problema es cuando pienso en la gasolina, ¿cómo es posible que ésta o el butano o propano liberen más energía que el gasóil, si la cadena de carbonos de éste es más largo que la del resto, y por lo tanto liberará más energía al romper los enlaces? (pongo los datos, los PC aparecen en la diapositiva 35: http://es.slideshare.net/CesarRenter...oder-calorfico) ¿Es el PC el motivo por el cual la gasolina da más potencia al motor o simplemente que se revoluciona más al ser más volátil?

Gracias y un saludo!

[Alriga]

Re: Sobre combustibles y motores

La combustión de una mezcla de hidrocarburos es la reacción química de esta mezcla con oxígeno, para proporcionar CO2 y vapor de agua.
Cuanto más exotérmica sea esa reacción, más calor producirá por unidad de combustible quemado. El poder calorífico cuantifica esa exotermia.
Si el poder calorífico de la gasolina (11.000 kcal/kg aprox.) es superior al del gasoil, (10.200 kcal/kg aprox.), quemando 1 kg de gasolina obtendrás más energía calorífica que quemando un kg de gasoil.
Otra cosa será la parte de ese calor que se pueda convertir en energía mecánica en un motor cíclico, eso depende de la tecnología del motor, y es claramente otro tema.
Saludos.

[skynet]

Re: Sobre combustibles y motores

Rendimiento:

El rendimiento de un motor de combustión interna depende de la relación de compresión

Si la gasolina se somete a una compresión excesiva se produce la detonación antes de que se encienda la chispa....eso no es bueno.

El octanaje (95 o 98) define el poder antidetonante y por lo tanto la relación de compresión máxima de la gasolina, por eso los coches de gasolina con relación de compresión más alta necesitan gasolina de 98 octanos, mientras que la mayoría tiene una relación de compresión que permite usar 95 octanos (por cierto, ponerle gasolina de 98 octanos a estos coches no aumenta su rendimiento ni su potencia, solo encarece el combustible).

El gasoil permite relaciones de compresión mayores que la gasolina, por eso tiene mejor rendimiento.

Potencia:

El motor de gasolina es más potente que el diesel de la misma cilindrada porque puede girar a mayores revoluciones ya que la combustión de la gasolina es mucho más rápida que la combustión del gasoil.

Energía:

El problema es cuando pienso en la gasolina, ¿cómo es posible que ésta o el butano o propano liberen más energía que el gasóil, si la cadena de carbonos de éste es más largo que la del resto, y por lo tanto liberará más energía al romper los enlaces?....

.....liberará más energía por mol, pero una molécula larga significa un peso molecular alto y por lo tanto, menos moléculas por kg.....en general, cuanto más corta es la cadena del hidrocarburo, más energía contiene por kg de combustible.

Por cieto.....la energía no se libera al romper los enlaces, se libera al formar los nuevos enlaces $H_2O, CO_2..$....como el H pesa menos que el C, las moléculas de hidrocarburos con mayor proporción de H frente a C serán las que más energía por kg produzcan y esto favorece a los hidrocarburos de cadena corta.

[Richard R Richard]

Re: Sobre combustibles y motores

y me supongo que el calor cedido se busque que tienda a 0, por lo que el material con el que se construye el motor será lo suficientemente aislante para conservar el calor

En realidad no se busca aislante sino que tenga excelente resistencia a los cambios de Presion, temperatura, resistencia a la fatiga, al desgaste mecanico y a la corrosión. Parte del calor generado en la explosión se va por las paredes del cilindro pero tambien una gran cantidad se va con los gases de escape.

lo suficientemente conductor para que no haya problemas de dilatación térmica...

Es conductor para disipar la temperatura, hacia un medio refrigerante o directamente por circulación de aire, pero nada tiene que ver la dilatación térmica en esto, son dos efectos diferentes,
Se busca siempre que la dilatación térmica del block y los cilindros sea la misma para que dilaten linealmente en direccion de la carrera del piston en igualdad de longitudes para evitar fugas, la tapa de cilindros puede ser de otro material y pero se coloca una junta con un "aro de fuego" para sellar los gases.

La nafta de avión tiene mejores propiedades para la combustión que la de los autos y camiones, pero se usa en distinto tipo de motores y a u precio excesivamente mayor. Contienen aditivos de plomo que están prohibidos en el combustible de autos.
eso eleva su octanaje o poder antidetonante lo que permite que explote controladamente a mayores temperaturas, dando mayores rendimientos sin tantos aditivos.

[kasio]

Re: Sobre combustibles y motores

¿Y si por ejemplo en un motor de gasolina metemos un combustible muy inflamable como metano o hidrógeno, sería también malo para el motor?

[skynet]

Re: Sobre combustibles y motores

¿Y si por ejemplo en un motor de gasolina metemos un combustible muy inflamable como metano o hidrógeno, sería también malo para el motor?

en principio no, pero tendría que ver su poder antidetonante para evitar que la mezcla detone antes del encendido de la chispa....pero creo que no habría problema.

[Richard R Richard]

Re: Sobre combustibles y motores

Como dice skynet no seria malo para el motor, pero habria que buscar que relación de mezcla aire-combustible ,si la hay ,que sea óptima, para tener un buen rendimiento y a la vez disipar el calor generado en quizá mayor temperatura.

Aquí en mi país Argentina en muy común tener vehículos adaptados a GNC y nafta . Incluso se adaptan Diesel a GNC con importante inversión pero con un excelente ahorro mensual en el consumo. Si se hacen los mantenimientos preventivos , el motor no se daña en lo mas mínimo.

Y ya habrás visto por ahí los motores híbridos donde en la misma cámara se queman hidrógeno y nafta, el tema hoy x hoy pasa por hacer recipientes livianos que contengan el gas a presión y que sean seguros tanto en la recarga como en accidentes.
Por ello no hay vehículos homologados en producción en serie.

[kasio]

Re: Sobre combustibles y motores

Si su poder antidetontante es bajo ocurriría el famoso picado de bielas no? cosa que también ocurriría si metieses gasolina en el diesel.

[Alriga]

Re: Sobre combustibles y motores

Si su poder antidetontante es bajo ocurriría el famoso picado de bielas no? cosa que también ocurriría si metieses gasolina en el diesel.

Exacto, Picado de bielas y/o autoencendido

Saludos.

[Alriga]

Motor de combustión interna con rendimiento térmico superior al 50%

Hola, hoy he leído que Mercedes ha conseguido un motor de Fórmula 1 de Ciclo Otto, (motor de 4 tiempos de gasolina), con un rendimiento térmico en el banco de pruebas superior al 50% (cuando Mercedes empezó en la F1 en 2014 tenía un 44%). Me parece un logro notable, teniendo en cuenta que el rendimiento térmico de nuestros utilitarios apenas ronda el 30%

La expresión del rendimiento $\boldsymbol{\eta_{id}}$ de un Ciclo Otto ideal en función de la relación de compresión $\boldsymbol{r}$ y el coeficiente de expansión adiabática $\boldsymbol{\gamma}$ es:

$\boxed{\boldsymbol{\eta_{id}}=1-\dfrac{1}{\boldsymbol{r}^{\boldsymbol{\gamma} -1}}}$

Según tengo entendido, para los motores de Fórmula 1 actuales, $r \approx 16:1$ y para la mezcla gasolina-aire, $\gamma \approx 1.4$

Con ello el rendimiento térmico ideal máximo me sale de $\eta_{id} \approx 67\%$

Conseguir un rendimiento térmico final del 50% significa un rendimiento en el motor del 74,6% del ideal, notable sin duda. Las aplicaciones de la Termodinámica y las ciencias de los materiales adelantan que es una barbaridad,

Aquí he leído hoy la noticia: El motor F1 de Mercedes ya supera el 50% de eficiencia térmica Atención a la burrada de frase "En otras palabras, ahora produce más potencia de la energía que gasta" Lo que realmente quieren decir, es que la potencia en el eje es superior a la potencia desperdiciada en forma de calor.

Saludos.