Bueno, aca van algunos detalles de lo que se entiende por flujo laminar y flujo turbulento.
A.- que pasa en el conducto de admision antes de entrar a la camara de combustion
En el siguiente grafico se ve como es el perfil de velocidades de un flujo laminar, gaseoso o liquido dentro de una cañeria. Lo que se ve es el perfil del caño ( nuestro caso el conducto de admision) y las lineas horizontales son las velocidades para cada parte de la cañeria. Se ve que en las paredes del caño la velocidad es 0 y en el medio es maxima.
Esto mismo es lo que marcos menciono cuando hizo referencia a la corriente de un rio.
Ahora voy a poner lo mismo pero en este caso para un flujo turbulento. En el grafico se va a ver en forma superpuesta un flujo laminar y uno turbulento.
En este grafico se ve como la velocidad de la corriente fluida es mucho mas uniforme para todas las alturas de la cañeria.
Sin embargo, lo que nos va a interesar a nosotros es lo qeu viene en el siguiente grafico y no se ve en los anteriores:
Aca se ve que cada particula que compone el fluido no avanza en linea recta en el caso de un flujo turbulento, sino que lo hace describiendo como remolinitos. Esto mismo es lo que hace que el aire y la nafta se mezclen mejor.
El precio del flujo turbulento, como bien dijo el Jachu es justamente que tiene muchas perdidas de energia, por lo que se necesita demasiado trabajo del piston para bombearlo por la cañeria, y por lo tanto perjudica el llenado del cilindro. Es por eso que hay que buscar el limite donde lo que se gana mejorando la mezcla no se pierda por ese trabajo extra de bombeo. La idea siempre es mejorar la potencia y el rendimiento del motor.
Ahora la pregunta: Como lograr un flujo turbulento?
Bueno, la transicion entre un flujo turbulento y un flujo laminar se da en cañerias de seccion circular cuando algo que se llama Numero de Reynolds es mayor a 4000 o 5000. Hasta un Reynolds de 2300 se habla de flujo laminar. Entre 2300 y 4000 se habla de flujo de transiocion, y por sobre ese valor se habla de flujo turbulento. Pero que carajo es el numero de Reynolds??
El numero de Reynolds es un numero que relaciona el Diametro de la tuberia, con la velocidad del fluido, con su densidad.
Re = (Densidad x Diametro x Velocidad) / (viscosidad)
Y ahora como se relaciona todo esto con el motor de un torino????
Bueno, en un conducto de admision, nosotros tenemos un caudal determinado, de un fluido con una densidad determinada, y con una viscosidad determinada.
Eso no podemos cambiarlo. Entonces que carajo cambiamos??
Bien, Caudal = Velocidad x Area de pasaje. Esto es lo que tocamos!!
Y aca es donde entran los malditos diametros de los conductos de admision!!
Hasta aca todo muy lindo, pero pase por alto dos factores que bien menciono Ruben en el post anterior.
El primero de ellos es que para complicar mas las cosas estamos tratando con una mezcla de dos elementos: Aire + Nafta. Para complicar mas las cosas, la nafta se encuentra en dos fases: Liquida + gaseosa. Es por esto que cuando el flujo sufre aceleraciones o cambios de direccion (que tambien son aceleraciones) la tan buscada homogeneidad (buena mezcla) se pierde, ya que las particulas de combustible liquido, mas pesadas, tienen un comportamiento diferente a los gases. Por ejemplo, en una curva que describa el conducto, por efecto de la fuerza centrifuga salen disparadas contra la periferia. En una aceleracion, por efecto de una reduccion del diametro del conducto, se quedan atras...
El segundo factor que no mencione es la rugosidad de las tuberias. Algunos hablan de pulir a espejo y otros hablan de buscar una cierta rugosidad. No me atrevo a decir que las superficies ligeramente rugosas favorecen el flujo turbulento, pero si se que las particulas de combustible liquido tienden a adherirse a las superficies pulidas a espejo, y asi perjudicar aun mas la tan buscada homogeneidad de mezcla.
En este punto es donde entra en juego algo que ruben menciono y me parece de sumo interes:
Antes que nada menciono que en cada cambio de seccion de una cañeria, se producen aumentos o disminuciones de velocidad acompañados de disminusiones o aumentos de presion respectivamente.
En todo flujo en movimiento existe lo que se conoce como presion dinamica y presion estatica. La presion dinamica esta dada por el choque de las particulas de fluido en sentido de su avance (basta con ponerse contra la corriente un dia muy ventoso para sentir el efecto de la presion dinamica). La presion estatica + dinamica se mantiene constante siempre, por principio de conservacion de la energia. Por ende, si baja la velocidad (disminuye la presion dinamica), porque el diametro de la cañeria por la que viene circulando el fluido aumenta, entonces aumenta la presion estatica.
Si el diametro se reduce, enconces aumenta la velocidad del fluido y baja su presion (asi funciona el venturi del carburador).
Ruben habla de cambios, no solo de seccion en el mismo conducto, sino tambien de cambios en la terminacion superficial del conducto. Desde el punto de vista teorico, todo cambio de seccion trae consigo una perdida de energia, lo que se traduce como mas trabajo de bombeo para el motor, lo que se traduce como menos potencia. Y todo esto sin tener en cuenta los antes mencionados efectos sobre las particulas liquidas, que se veran sometidas a aceleraciones y desaceleraciones. Quizas lo haga para compensar algunas aceleraciones o desaceleraciones que haya que hacer obligadamente.. no se. Pero evidentemente hay un beneficio en lo que el dice, ya que lo ha probado y funciona.
B.- Que pasa cuando el flujo entra a la camara de combustion.
En este caso, como bien puse en el post anterior, se necesita buena velocidad. Ya que las camaras de combustion turbulentas tienen mejor rendimiento. Por que es esto?
Esto es tamien por los remolinitos antes citados. Pero primero voy a mencionar algunos detalles sobre lo que es la combustion propiamente dicha.
La combustion, es justamente todo lo contrario a una explosion. La combustion es en si una inflamacion progresiva de la mezcla. Esto significa que la mezcla no se inflama toda de golpe, sino que la inflamacion comienza en el electrodo de la bujia y avanza progresivamente hasta quemar toda la mezcla de la camara de combustion.
Cuando por x razon, como puede ser un deposito carbonoso o una mezcla de bajo octanaje o lo que fuera se produce la explosion de toda la mezcla en simultaneo aparece lo que se conoce como detonancia.
Esto incrementa en forma ,excesiva la presion en la camara de combustion, dañando el pistion y ademas provoca una caida en el rendimiento y potencia del motor, asi como tambien una vibracion muy caracteristica que es lo que detectan los sensores que actualmente usan algunos motores para detectar cuando hay detonancia.
Ahora bien. Si bien como dije antes una inflamacion violenta de la mezcla es muy perjudicial,tanto para la vida del motor como para el rendimiento del mismo, tambien es perjudicial una mezcla que se inflame a una velocidad muy lenta. Y es aca donde entra en juego la velocidad de la mezcla cuando entra a la camara, los remolinitos y el angulo con el que entra (aca juega el angulo de las valvulas). Esos remolinitos hacen que la transferenci de calor entre la mezcla ya inflamada y la que esta al ladito, pero aun no esta inflamada sea mas rapida, y por ende el frente de llama avanza mas rapido. Con eso se consigue mas o menos lo siguiente:
Lo que puse ahi es un ciclo otto en un diagrama presion-volumen. Esto esta muy lejos de un ciclo real, pero mas o menos sirve para tener una idea de todo esto. El grafico rojjo muestra que pasa cuando se aumenta la turbulencia en la camara, con respecto al grafico blanco. Como bien se ve, en un caso se alcanza una presion mayor (P1) en el punto muerto superior, con respecto al dibujo en blanco (P0). Las areas rayadas en rojo y blanco nos dan una idea de la potencia que podemos obtener en uno y en el otro caso. Todo esto no esta hecho a escala ni mucho menos. Es solo un esquema muy teorico para tener una idea.
Hasta ahi la importancia de la velocidad del aire en los conductos de admision. (Para tener un dato, lei una vez una velocidad de 110 m/seg, que es bastante alta.)
Bueno, creo que ya escribi lo que queria escribir.
Espero que sirva de algo todo esto y naturalmente pude haberme equivocado en algo de lo que escribi, asi es que como todo esta sujeto a enriquecimiento y criticas constructivas.
Todo lo que estoy diciendo en este post es sumamente teorico. La finalidad es puramente didactica. La practica tiene un monton de factores que no he tenido en cuenta y que son ljustamente las sutilezas que hacen la diferencia a la hora de preparar un motor
Un saludo para todos
Diego
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