¿Por qué los pistones del motor IC no se derriten cuando se quema combustible?

Generalmente, los pistones están hechos de aluminio y hierro fundido. Los puntos de fusión de varios materiales de pistón son los siguientes:
Aleación de aluminio 600 grados centígrados
Bronce de aluminio 1000 grados centígrados
Hierro fundido 1100-1500 grados centígrados

Ahora surge la pregunta … ¿Hay suficiente temperatura disponible en el pistón para derretirlo?
Resp. No
La temperatura máxima generada en la cámara de combustión es de alrededor de 1500 grados. centígrado por un tiempo. El calor generado se distribuye de la siguiente manera:
1. Trabajo realizado 30-40%
2. Calor transportado por los gases de escape. 30% (casi)
3. Transferencia de calor a través del 35%
Pared de cilindro – Chaqueta de enfriamiento (mayor)
Culata y cara de válvula
Cara del pistón
Como la distribución de calor muestra que la cara del pistón tiene relativamente menos exposición al calor de lo que se supone. La temperatura de la cara es cercana a 500 grados centígrados. Por lo tanto, no se preocupe, el pistón es seguro.
Además, el RECUBRIMIENTO DE BARRERA TÉRMICA se aplica para evitar las formaciones de puntos calientes y la distribución uniforme. . Se puede aplicar CBC2 o CBX. CBX se recomienda para todos los motores de alta compresión (13: 1 y superior), turboalimentados, supercargados o que funcionan con óxido nitroso. CBC2 debe ejecutarse en todos los demás motores. Tanto CBC2 como CBX aíslan el pistón contra la transferencia de calor dañina, manteniendo más del calor generado por la combustión, empujando hacia abajo el pistón para una mayor potencia. Al retener un calor mínimo en la superficie del pistón, se transfiere menos calor a la mezcla de combustible entrante, lo que conduce a una reducción en el preencendido que conduce a la detonación. Los recubrimientos también pueden permitir que el calor en la superficie se mueva más uniformemente sobre la superficie, reduciendo los puntos calientes y los recubrimientos reflejan el calor en la cámara para una distribución más uniforme del calor, permitiendo una combustión más eficiente del combustible. Esto permite que se oxiden más moléculas de combustible, lo que a su vez significa que se necesita menos combustible para obtener una potencia óptima. El resultado es un motor que genera más potencia, puede funcionar con una mezcla de aire / combustible más pobre y menos sincronización inicial y tiene menos expansión térmica debido a una reducción en el calor absorbido.
Pistones de recubrimiento

Los pistones en un motor se calientan bastante, pero aunque la temperatura máxima en la cámara de combustión puede ser más alta que los puntos de fusión de los materiales, la temperatura de equilibrio promedio no es (claramente). El calor fluye desde áreas de mayor temperatura a menor temperatura; Hay mucha transferencia de calor y flujo de calor dentro del motor:

  • La mezcla de aire / combustible en llamas produce mucho calor, y parte de ella conduce a la superficie superior expuesta del pistón.
  • El calor fluye desde la superficie superior caliente hacia las porciones inferiores más frías del pistón, y también a través del pasador de muñeca y hacia la biela, etc.
  • La parte inferior del pistón se está rociando con chorros de aceite a presión, que conducen el calor fuera del material del pistón, y luego se circula para llevarlo a otras partes del motor más frías.
  • Mientras tanto, el gas caliente es empujado por el pistón fuera de la válvula de escape antes de que el gas tenga la posibilidad de equilibrarse completamente en temperatura con el pistón.
  • La carrera de admisión introduce una carga fresca de aire frío y combustible atomizado en el cilindro, y el pistón y las paredes del cilindro comienzan a conducir el calor nuevamente hacia ese aire.
  • La carrera de compresión también produce calor, aunque en este punto no podría decir si la temperatura del aire resultante sería más alta o más baja que la temperatura del pistón correspondiente.
  • Las paredes de los cilindros se enfrían no solo con aceite, sino también con líquido refrigerante (principalmente agua) que se bombea a través de los conductos del bloque del motor y la culata, y a través del radiador donde pierde el calor acumulado en el aire del entorno.

La pregunta no es por qué los pistones del motor no se derriten, el verdadero milagro es por qué la delgada cámara de combustión y las palas estacionarias y giratorias en la turbina de potencia de un motor a reacción no se derriten. La respuesta es simple……. Sistema de enfriamiento eficiente para quitar el calor de los deportes calientes.

En un motor de pistón, aunque uno es consciente de la alta temperatura dentro de las explosiones, esa explosión dura solo un poco de tiempo y para un motor de cuatro tiempos, la alta temperatura duraría desde el punto muerto superior hasta la mitad o aproximadamente un cuarto 1 / 4 de una revolución en dos revoluciones, ya que la cámara se expandiría, por lo tanto, se enfriaría durante el tiempo de combustión, por lo que el sistema tiene 7/4 revoluciones adicionales para enfriarse utilizando muchos medios. Existe la carrera de succión que, donde la válvula de admisión actúa como una válvula de estrangulamiento o de expansión en un refrigerador, donde esa expansión dentro de la cámara la enfría (simplemente succione el aire a través de la boca con una pequeña abertura en los labios para sentirlo más fresco) ) Luego, el aceite se enfría debajo del pistón, el agua o el aire se enfrían alrededor del cilindro, y debido al hecho de que Navier Stoke demostró que siempre hay una capa delgada unida al costado de un contenedor con fluido en movimiento para que el la llama caliente nunca toca realmente los lados de la cámara de combustión. Luego, la agitación del aire caliente en la cámara proporcionaría el área máxima que uno puede proporcionar, teniendo en cuenta que no se debe enfriar demasiado la cámara ya que se pierde la potencia de empuje en el pistón. Muchos motores de pistón tienen enfriadores de aceite además de enfriadores de agua y el uso de un enfriador intermedio enfría el aire, pero el aire de mayor densidad maldeciría la explosión.

En el caso de la cámara de combustión del motor a reacción, esto tiene una gran cantidad de aire de derivación del compresor para enfriarlo, mientras que el estator de la turbina y las palas de la turbina se perforan con orificios donde el aire frío pasa a través de ellos a una presión mayor que la combustión presión. El motor a reacción que funciona con un postquemador durante un corto tiempo es un caso en el que no se permite que la llama toque el metal ya que el metal tiene una temperatura de fusión más baja que las llamas a su alrededor. Todos los que vuelan deben darse cuenta de que están volando en una máquina donde las llamas en las cámaras de combustión no pueden tocar el metal que las contiene. Incidentalmente, la corriente anular de aire frío del moderno motor a reacción actúa para enfriar el escape del escape caliente interno de un motor a reacción y para un motor de pistón interno, sabiendo que la admisión de aire y la combustión están pulsando, pero el escape no necesita estar pulsando. , uno presumiría que un motor bien silenciado y enfriado podría tener una abertura de escape un poco menor que la abertura en la entrada.

Es porque los materiales de los motores ic tienen un punto de fusión mayor que la temperatura promedio del combustible en su interior. Incluso si la temperatura más alta sube más que la del material, como al final de la carrera de expansión, el proceso es muy momentáneo, ya que sabemos que un motor de 4 tiempos que gira a 720 rpm completa 360 ciclos o 360 procesos de expansión en 1 minuto, lo que implica 60 procesos de expansión en un solo segundo, por lo que el tiempo dado para cada proceso de expansión es de aproximadamente 1/60 de segundo. Ahora, nuestro sentido común dice que para derretir un trozo de mantequilla en una sartén calentada, el tiempo juega un papel importante mientras el calor se transfiere completamente de la sartén a la mantequilla, en aproximadamente uno o dos minutos se ve la mantequilla derretida. Ahora, ¿cómo puede derretirse la cubierta de hielo al exponerse al calor ni siquiera por un segundo mientras los agentes refrigerantes internos y externos (lubricantes) funcionan simultáneamente.

Por cierto, esta fue una de las preguntas de la entrevista, gracias por hacerme revisar.

Gracias por A2A. Los pistones están hechos de materiales con alto punto de fusión. Aunque la temperatura de combustión es más alta, la cabeza del pistón generalmente no alcanza las temperaturas de punto de fusión. Sin embargo, hay otros tipos de daños que ocurren en el pistón debido a golpes.

Obviamente porque la selección del material exige que la temperatura del pistón debido a la combustión no alcance el punto de fusión del material del pistón.

Respuestas a los materiales utilizados en un pistón: ¿Cuál es un material adecuado para el pistón de un motor IC?

La temperatura de ignición de la gasolina es de aproximadamente 530 K.

El punto de fusión del aluminio es de aproximadamente 930 K.

A veces lo hacen; Tengo algunos pistones de aspecto gracioso en la tienda, de combustión interna directa de automóviles diesel (tdi, sdi cdi y oter di’s):

DIESEL: si un inyector (di) dispara diesel en exceso (e ignora el ruido de golpe por un momento) ese pistón se va a derretir; se expande, se apodera, adiós; cabeza cilíndrica, cárter de aceite, pistón nuevo e inyector adentro

TODOS los motores: póngalos a funcionar sin agua / refrigerante, y los pistones (al menos) se derretirán; (parcialmente, porque están en contacto con el bloque);

Entonces, la razón por la cual los pistones no se derriten es porque se están enfriando CONSTANTEMENTE;

Como una olla de aluminio que pones en la estufa de gas, nada “” le sucede mientras tenga AGUA adentro; el agua lo enfría; una vez que toda el agua hierve …

Puede derretirse si la temperatura supera el punto de fusión del metal del pistón. Sin embargo, para mantener la temperatura bajo control, la lubricación hace un gran trabajo. No solo reduce la fricción entre el pistón y el cilindro, sino que también elimina el calor. Una bomba lubricante mantiene circulando el aceite lubricante dentro del sistema para este propósito.