Cámara de combustión

Una cámara de combustión es una parte de un motor de combustión interna en la que se quema la mezcla de combustible y aire . En el caso de los motores de vapor, el término también se ha utilizado para referirse a una extensión de la caja de fuego que se utiliza para permitir un proceso de combustión más completo.

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En un motor de combustión interna , la presión causada por la mezcla de aire y combustible que se quema aplica una fuerza directa a una parte del motor (por ejemplo, en un motor de pistón, la fuerza se aplica a la parte superior del pistón), que convierte la presión del gas en energía mecánica (a menudo en forma de un eje de salida giratorio). Esto contrasta con un motor de combustión externa, donde la combustión se lleva a cabo en una parte separada del motor, donde la presión del gas se convierte en energía mecánica.

En los motores de encendido por chispa, como los motores de gasolina , la cámara de combustión suele estar situada en la culata . Los motores suelen estar diseñados de forma que la parte inferior de la cámara de combustión esté aproximadamente alineada con la parte superior del bloque del motor .

Los motores modernos con válvulas en cabeza o árbol(s) de levas en cabeza utilizan la parte superior del pistón (cuando está cerca del punto muerto superior ) como base de la cámara de combustión. Por encima de esto, los lados y el techo de la cámara de combustión incluyen las válvulas de admisión, las válvulas de escape y la bujía. Esto forma una cámara de combustión relativamente compacta sin ninguna protuberancia a los lados (es decir, toda la cámara está ubicada directamente sobre el pistón). Las formas comunes de la cámara de combustión son típicamente similares a una o más semiesferas (como las cámaras en forma de hemi , techo inclinado , cuña o riñón).

El diseño más antiguo del motor de válvula plana utiliza una cámara de combustión con forma de "bañera", con una forma alargada que se ubica sobre el pistón y las válvulas (que se encuentran al lado del pistón). Los motores IOE combinan elementos de los motores de válvulas en cabeza y de válvula plana; la válvula de admisión se ubica sobre la cámara de combustión, mientras que la válvula de escape se ubica debajo de ella.

La forma de la cámara de combustión, los puertos de admisión y los puertos de escape son fundamentales para lograr una combustión eficiente y maximizar la potencia de salida. Las culatas de cilindros suelen estar diseñadas para lograr un determinado patrón de "remolino" (componente rotacional del flujo de gases) y turbulencia , lo que mejora la mezcla y aumenta el caudal de gases. La forma de la parte superior del pistón también afecta la cantidad de remolino.

Otra característica de diseño para promover la turbulencia para una buena mezcla de combustible y aire es el aplastamiento , donde la mezcla de combustible y aire es "aplastada" a alta presión por el pistón ascendente. ^{[1] [2]}

La ubicación de la bujía también es un factor importante, ya que este es el punto de inicio del frente de llama (el borde delantero de los gases de combustión) que luego se desplaza hacia abajo en dirección al pistón. Un buen diseño debe evitar grietas estrechas donde el "gas final" estancado pueda quedar atrapado, reduciendo la potencia de salida del motor y potencialmente provocando detonaciones en el motor . La mayoría de los motores utilizan una sola bujía por cilindro, sin embargo algunos (como el motor Alfa Romeo Twin Spark 1986-2009 ) utilizan dos bujías por cilindro.

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Los motores de encendido por compresión, como los motores diésel , normalmente se clasifican como:

• Inyección directa, en la que el combustible se inyecta en la cámara de combustión. Las variedades más comunes son la inyección directa unitaria y la inyección common rail .
• Inyección indirecta , en la que el combustible se inyecta en una cámara de remolino o cámara de precombustión . El combustible se enciende al ser inyectado en esta cámara y la mezcla de aire y combustible en combustión se difunde en la cámara de combustión principal.

Los motores de inyección directa generalmente brindan un mejor ahorro de combustible, pero los motores de inyección indirecta pueden utilizar un grado de combustible más bajo.

Harry Ricardo fue destacado en el desarrollo de cámaras de combustión para motores diésel, siendo el más conocido el Ricardo Comet .

En un sistema de flujo continuo, por ejemplo , la cámara de combustión de un motor a reacción , se controla la presión y la combustión crea un aumento de volumen. La cámara de combustión de las turbinas de gas y los motores a reacción (incluidos los estatorreactores y los estatorreactores de combustión supersónica ) se denomina cámara de combustión .

La cámara de combustión se alimenta con aire a alta presión mediante el sistema de compresión, agrega combustible y quema la mezcla y alimenta el escape caliente a alta presión hacia los componentes de la turbina del motor o hacia la boquilla de escape.

Existen diferentes tipos de cámaras de combustión , principalmente: ^[3]

• Tipo de lata: Las cámaras de combustión tipo lata son cámaras de combustión cilíndricas autónomas. Cada "lata" tiene su propio inyector de combustible, revestimiento, interconectores y carcasa. Cada "lata" recibe una fuente de aire de una abertura individual.
• Tipo canular: al igual que la cámara de combustión tipo lata, las cámaras de combustión tipo lata tienen zonas de combustión discretas contenidas en revestimientos separados con sus propios inyectores de combustible. A diferencia de la cámara de combustión tipo lata, todas las zonas de combustión comparten una carcasa de aire común.
• Tipo anular: Los combustores anulares eliminan las zonas de combustión separadas y simplemente tienen un revestimiento y una carcasa continuos en un anillo (el anillo).

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Si la velocidad del gas cambia, se produce empuje , como en la tobera de un motor de cohete .

Teniendo en cuenta la definición de cámara de combustión utilizada para los motores de combustión interna, la parte equivalente de una máquina de vapor sería la caja de fuego , ya que aquí es donde se quema el combustible. ^{[ cita requerida ]} Sin embargo, en el contexto de una máquina de vapor, el término "cámara de combustión" también se ha utilizado para un área específica entre la caja de fuego y la caldera . Esta extensión de la caja de fuego está diseñada para permitir una combustión más completa del combustible, mejorando la eficiencia del combustible y reduciendo la acumulación de hollín y sarro. El uso de este tipo de cámara de combustión en grandes motores de locomotoras de vapor, permite el uso de tubos de humo más cortos .

Las microcámaras de combustión son dispositivos en los que la combustión ocurre en un volumen muy pequeño, por lo que aumenta la relación superficie-volumen , lo que juega un papel vital en la estabilización de la llama.

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• Culata
• Cilindrada del motor
• Combustión
• Relación de compresión variable