EVAP-3

Factor Lambda

Objetivos:
- Estudiar la proporción ideal aire/ combustible en un motor de ciclo Otto.
- Estudiar diferentes elementos encaminados hacia la optimización de la combustión en los vehículos de gasolina. 
- Analizar los diferentes sistemas de alimentación de combustible.
- Abordar la zona Lambda como un elemento regulador de sustancias nocivas a      la atmósfera. 

Alcance:
- Con esta investigación podremos saber que es necesario que la composición del gas que sale de los cilindros del motor de ciclo Otto sea la esperada para que las reacciones químicas funcionen como se han diseñado y no contaminen desechando sustancias nocivas a la atmósfera.

Justificación:

- Haciendo saber la importancia del factor Lambda, para poder centrar una mayor investigacion a este factor, para poder reducir los efectos que producen al no tener un funcionamiento adecuado con el fin de lograr mejoramientos.

Marco Teórico:

Factor Lambda

El factor lambda comúnmente designado con la letra griega "λ" designa la proporción aire / combustible (en peso) en forma de mezcla que entra al cilindro de un motor de ciclo Otto , comparada con la proporción estequiométrica de la mezcla ideal, de 14,7 partes de aire en peso por 1 parte de combustible en peso (normalmente gasolina).

Requerimientos según condiciones:
Cuando se arranca el motor en frío y cuando se desea una aceleración franca (Que no presenta impedimentos o está libre de obstáculos), se ajusta mezcla rica. Cuando se desea mínimo consumo, con el motor ya caliente, se ajusta mezcla pobre. En el ralentí (Número de revoluciones por minuto que debe tener el motor de un automóvil u otro vehículo cuando no está acelerado.) también es conveniente una mezcla un poco más rica para vencer las resistencias internas del motor.

En los motores alternativos de ciclo Otto de aviación, las grandes variaciones en la densidad del aire con la altura requieren un ajuste de mezcla manual. Este se monitoriza con la temperatura de los gases de escape

Sonda Lambda:

La sonda lambda (Sonda-λ), es un sensor que está situado en el conducto de escape, inmediatamente antes del catalizador, de forma que puede medir la concentración de oxígeno en los gases de escape antes de que sufran alguna alteración. La medida del oxígeno es representativa del grado de riqueza de la mezcla, magnitud que la sonda transforma en un valor de tensión y que comunica a la unidad de control del motor.

La combustión requiere que el aire y el combustible se hallen mezclados en una proporción determinada, esta proporción entre el aire y el combustible es lo que se llama "relación estequiométrica". En un motor de gasolina la relación ideal es de 14,7:1, es decir son necesarios 14,7 gramos de aire por cada gramo de combustible para realizar una combustión perfecta. En la práctica esta proporción varía ligeramente, pudiendo alcanzar valores de 12 a 16, que serían los límites de funcionamiento de la combustión en el motor..
Con 12 gramos de aire por gramo de gasolina la mezcla que se obtiene es excesivamente "rica" en gasolina mientras que con una relación de 16, el motor no arrancaría por escasez ("pobre") de gasolina.

Mezcla pobre:

Resulta del exceso de aire en la mezcla. En estas condiciones en el motor se incrementa la temperatura de la combustión, facilitando la aparición de óxidos de nitrógeno (NOx), ademas si la mezcla es muy pobre, el combustible no llega a inflamarse y el motor se para.

Mezcla rica:
Se produce debido al exceso de combustible en la mezcla con respecto al aire que entra en la cámara del combustión del motor. En este caso el exceso de combustible no se puede combinar completamente con el aire, por lo tanto una parte del combustible es expulsado por el escape en forma de hollín y CO (monóxido de carbono).
En automoción se habla de factor lambda o relación "lambda" cuando quiere definirse la relación entre la cantidad de aire necesaria para producir una combustión completa, en relación estequiométrica y la cantidad de aire real que aspira el motor.

Lambda(λ) = (Masa real de aire) / (Masa teórica del aire)

Durante el funcionamiento del motor el factor lambda debe variar dentro de unos límites máximo y mínimo establecidos ya que el motor no puede estar alimentado constantemente con una mezcla en relación estequiométrica teórica, (esto es lambda = 1), puesto que en estas condiciones el motor no proporcionara ni su potencia máxima ni el máximo rendimiento térmico.

En definitiva, el factor "lambda" da una idea muy precisa de la riqueza o pobreza de una mezcla, así se dice que :
Con una relación "lambda = 1", se obtiene una combustión perfecta porque el aire aspirado coincide con el teórico (el aire aspirado es el 100 % del teórico necesario).
Con una relación "lambda < 1", por ejemplo 0,8 indica escasez de aire por lo que la mezcla resulta rica de combustible (el aire aspirado es solo el 80 % del necesario).
Con una relación "lambda > 1", por ejemplo 1,20 indica exceso de aire, por consiguiente una mezcla pobre (el aire aspirado es un 120 % del teórico, es decir un 20 % más del necesario).

Motores de Combustión Interna

Un motor de combustión interna es una maquina que transforma la energía calorífica proveniente de los combustibles en energía mecánica encargada de generar el movimiento de los elementos del motor. Todos estos procesos ocurren en el interior del motor razón por la cual toma su nombre.

Elementos del Motor de Combustión Interna:

Cámara de combustión:

Es el espacio remanente entra la parte superior del pistón cuando este se encuentra en el punto muerto superior y la culata o tapa de cilindros, es la parte fundamental del motor interna puesto que en su interior se realizan los procesos de combustión.

El cilindro:

Es un compartimiento cerrado herméticamente dentro del cual se desliza el pistón que es el encargado de comprimir la mezcla aire combustible para que se produzca la combustión.

Ciclo Otto de cuatro tiempos:
Este ciclo recibe el nombre de su creador, Nicolás Augusto Otto. Quien llevó a la práctica un sistema de operación del motor a base de la apertura y cierre de válvulas cuyo uso se ha generalizado y se aplica prácticamente en la mayoría de los diseños de motores para automóviles.

Relación de compresión:

Se conoce como relación de compresión a la relación entre el volumen máximo del cilindro, (cuando el cilindro se encuentra en el punto muerto inferior, PMI) y el volumen mínimo o volumen de la cámara de combustión( que es el lugar donde se inflama la mezcla de aire combustible); o visto de otra forma, la relación de compresión es el numero de veces que la cámara de combustión cabe en el volumen total del cilindro, viene expresada por la siguiente formula:

rc = (v1 + v2) / v1

rc = relación de compresión

v1 = Volumen de la cámara de combustión (cm^3).

v2 = Cilindrada Unitaria (cm^3).

vt = Volumen total del cilindro (cuando el pistón se encuentra en el PMI).(cm^3)

vt= v1+ v2

Relación de compresión:

La relación de compresión en un motor de combustión interna es el número que permite medir la proporción en volumen, que se ha comprimido la mezcla de aire-combustible (Motor Otto) o el aire (Motor Diésel) dentro de la cámara de combustión de un cilindro. Es decir el volumen máximo o total (volumen desplazado más el de la cámara de combustión) entre el volumen mínimo (volumen de la cámara de combustión) Para calcular su valor teórico se utiliza la siguiente ecuación:

Rc = ( π/4 *(d^2)*s+Vc) / Vc

donde:

· d = diámetro del cilindro.

· s = carrera del pistón desde el PMS hasta el PMI.

· Vc = volumen de la cámara de combustión.

· RC = es la relación de compresión y es adimensional.

Efecto sobre el ciclo del motor:

Se demuestra que la relación de compresión define el rendimiento térmico del motor de combustión interna, es decir el grado de aprovechamiento de la energía del combustible.

Tanto en los motores de ciclo Otto como en los diésel el rendimiento aumenta al aumentar la compresión, pero en el caso del ciclo Otto se logra un rendimiento aproximado del 64% con una compresión de 12:1, y, en el caso de los Diésel es necesario una compresión de 21:1 para el mismo rendimiento.

Estos datos son solo una referencia, en el trabajo real con solo un porcentaje de carga en el motor, la compresión final puede ser de 1,2:1 con un 10% de carga; debido a la poca cantidad de mezcla introducida en la cámara de combustión respecto a su volumen fijo y pensado para tener la compresión ideal a plena carga.

En los motores de ciclo diésel debido a la relación de compresión, normalmente en un rango doble del motor Otto, el rendimiento térmico es mayor por este motivo. En estos últimos tiempos la relación de compresión en un motor de combustión interna llega hasta 22:1 a su vez superan los 3500 bar durante la combustión.

A la misma ves, cuando impresionamos un motor de combustión interna, aumentan las revoluciones por minuto, pero a la misma ves disminuye la velocidad del mismo.

Procedimientos y Resultados :

- Programamos nuestras ecuaciones en el Dev C++:

- Luego escoges la opción que desees y introduces tus datos y obtendrás los resultados deseados: 

Si deseas ver la programación de las ecuaciones,dale click aquí

Referencias Bibliográficas:

- http://es.wikipedia.org/wiki/Factor_lambda
- http://www.circulaseguro.com/factor-lambda/
- http://e-archivo.uc3m.es/bitstream/handle/10016/13127/PFC_Jaime_Cives_Vilar.pdf?sequence=1ç
- http://www.aficionadosalamecanica.net/sonda-lambda.htm