¿Por qué los carburadores tienden a producir una mezcla más rica a mayor altitud?

La caída de presión en el venturi es proporcional a la densidad del aire y el combustible está a presión ambiental en la cámara del flotador, por lo que esperaría que el flujo de combustible se redujera proporcionalmente con la densidad, y esa respuesta preservaría la relación aire-combustible al cambiar de altitud.

Pero en la práctica ese no parece ser el caso. La respuesta adecuada a la altitud requiere una modificación adicional que la mayoría de los carburadores no tienen, por lo que el piloto generalmente tiene que inclinar el motor mientras asciende. ¿Que me estoy perdiendo aqui?

(Actualización) Más específicamente, esperaría que a las mismas RPM, la tasa de flujo de volumen sea la misma, porque el motor aumenta su desplazamiento por revolución. Ahora la velocidad en el venturi v es solo

v = V ˙ A

Dónde V ˙ es el caudal volumétrico y A es la sección transversal del venturi. Así que también será lo mismo independientemente de la altitud. Dado que la presión dinámica

pag d = 1 2 ρ v 2

Y esa es también la presión que atrae el combustible (cuando la cámara del flotador está abierta a la presión ambiental). Sustitución de caudal másico

metro ˙ = ρ v
pag d = metro ˙ 1 2 v

y mientras v es mayormente constante,

pag d ∼ metro ˙

Esto todavía deja abierta la dependencia del flujo de combustible en pag d . Si la relación es razonablemente cercana a la lineal, debería significar que el venturi se mezcla correctamente en masa. Puedo ver una razón por la que una presión más alta debería causar un aumento menor que el lineal en el flujo de combustible, pero no mucho por qué debería causar un aumento más que lineal en el flujo de combustible, pero eso es lo que necesitaría el comportamiento real.

Nota: ¿Notaste el extra v notoriamente falta en la última ecuación? Eso sugiere que la mezcla debería volverse más rica con la apertura del acelerador, que en realidad es la razón por la que hay chorros de combustible adicionales después del acelerador que extraen combustible adicional cuando el acelerador está al ralentí y ligeramente por encima. También podría explicar lo que está pasando aquí, pero requeriría explicar por qué la velocidad debería aumentar cuando la densidad es menor .

El combustible podría estar pasando por una bomba de combustible impulsada por un motor. Entonces el combustible podría no estar a presión ambiental.
@Jan está en el camino correcto, el orificio de combustible está diseñado para agregar exceso de combustible incluso por debajo del nivel del mar. La válvula de control de mezcla pobre de combustible reduce el VOLUMEN del flujo de combustible para mantener la mezcla adecuada en todas las altitudes. La densidad del aire cambia con la altitud, la densidad del combustible no. Tiene que ser ajustado.
@MikeSowsun, no, eso no es un duplicado. La pregunta se refiere a cuál debe ser la mezcla.
¿Estás pidiendo coches o aviones? Lo mismo les sucedió a los automóviles antes de que EFI fuera común.
@KorvinStarmast, pido motores con un carburador simple y sin controles electrónicos. Por supuesto, el mismo tipo de carburador tendrá el mismo efecto cuando se use en un automóvil; la única diferencia es que los aviones generalmente operan en un mayor rango de altitudes, por lo que el efecto es más notable.
Esta es una muy buena pregunta y es decepcionante que no haya una buena respuesta. Desearía que la gente no hubiera votado a favor de ninguna de las respuestas actuales, ya que todas están equivocadas. Ninguno de ellos aborda el problema de los primeros principios fundamentales que se pregunta.
Descubrí la respuesta y la publiqué en Engineering.stackexchange.com/a/52181/27170 .
Mi pensamiento, y puedo estar equivocado, es que hay una suposición incorrecta en esta pregunta. Mi sensación es que la presión del combustible en la taza del carburador no es ambiental sino que es una función del mecanismo de presión del combustible (bomba eléctrica, bomba impulsada por el motor o gravedad) y ninguna de esas presiones está influenciada de ninguna manera por presión o densidad ambiental. Un Cessna alimenta combustible al motor porque la gravedad empuja el combustible hacia abajo, no porque la presión ambiental en los tanques lo haga. Creo que la premisa subyacente de que un tazón de carbohidratos está a presión ambiental puede ser la falla.
@Max, el recipiente del carburador está a presión ambiental, o más bien a la presión de entrada, porque hay una superficie libre y el espacio encima está conectado a un puerto estático delante del venturi (el carburador necesita sentir cualquier presión del ariete y sobrealimentación si está presente, el motor se siente). El combustible casi se detiene en el tazón, por lo que la forma en que el sistema de combustible lo inyecta allí tiene un efecto mínimo.

Respuestas (3)

La razón simple es que la gran altitud cambia la densidad del aire, pero no la densidad del combustible.

La mayoría de los carburadores simples usan un diseño venturi simple que mezcla aire y combustible por VOLUMEN.

Pero, la mezcla correcta de aire/combustible debe basarse en la MASA, no en el Volumen.

Si el volumen de aire/combustible es correcto al nivel del mar, será demasiado rico en altitud. Esto se debe a que un volumen dado de aire tendrá menos masa a gran altura, mientras que un volumen dado de combustible tendrá la misma masa a gran altura.

Los carburadores de aviones tienen un control de mezcla para "inclinar" el volumen de combustible al volumen de aire, y luego pueden mantener la relación aire/combustible correcta en todas las altitudes.

Pero, ¿por qué se mezcla por volumen? A medida que fluye el mismo volumen de aire (si las rpm se mantienen iguales, debería), genera menos diferencia de presión (porque es proporcional a la densidad) y, por lo tanto, atrae menos combustible, tanto en volumen como en masa, porque la densidad de eso no No cambiar. Pero atrae menos, proporcionalmente a la densidad del aire, por lo que se mezcla correctamente por masa, no por volumen. Entiendo que hay un error en ese razonamiento, porque no se corresponde con la realidad, pero pregunto dónde específicamente.
Probablemente sea física simple, pero no exactamente obvia. En cualquier caso, el efecto Venturi es simplemente el término cinético de la ecuación de Bernoulli, por lo que la densidad y el cuadrado de la velocidad, pero no veo una razón para que la velocidad sea mayor (los motores de pistón tienen un volumen constante, lo que sugiere que debería ser el mismo).
Esta respuesta es incorrecta. Los carburadores son más complejos que mezclar aire y combustible por volumen. Hay un diferencial de presión desde la taza del flotador hasta el venturi y esto empuja el combustible fuera de los chorros. A medida que el avión sube, la presión en el recipiente del flotador se reduce, lo que significa que se expulsa menos combustible por carrera. Esto a su vez significa que se expulsa menos combustible por volumen de aire.
Descubrí la respuesta y la publiqué en Engineering.stackexchange.com/a/52181/27170 .

La inclinación no se hace para contrarrestar los carburadores que no "preservan la relación aire-combustible con los cambios de altitud".

La estequiometría [operacionalmente] ideal (relación aire:combustible) no es fija, depende de lo que se busque. La inclinación se realiza porque proporciona un mejor consumo de combustible cuando se necesita menos potencia que la máxima (consulte el gráfico a continuación), lo que coincide con el crucero.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Las mezclas ricas también se queman más frías, por lo que inclinarse se vuelve practicable y más fácil para el motor en el aire más frío de las altitudes de crucero.

Pero, ¿los carburadores conservan la relación aire-combustible con los cambios de altitud? Al menos el simulador piensa que definitivamente no lo hacen.
@JanHudec: según tengo entendido, los circuitos de medición principales "proporcionan una relación aire-combustible constante a cualquier velocidad del motor y condición por encima de la velocidad de ralentí del motor".
Ciertamente tendría sentido. Porque, después de todo, la diferencia de presión depende de la densidad.
@JanHudec: así lo veo yo también. Si la presión diferencial se fijara a gran altura, entonces la masa de combustible entraría en juego, pero no veo cómo.
( i.stack.imgur.com/7kplh.jpg ) Eso no es del todo cierto. ¿Cuándo bajo carga? Sí. Cuando hay poca/carga ligera, un AFR de 16:0 - 17:0 se quemará más frío que 12:0 - 15:0 14 - 15 AFR es donde siempre estarán los EGT más calientes.

No es la presión lo que empuja el combustible hacia el venturi tanto como la presión del vacío que lo succiona. El combustible se bombea o se alimenta por gravedad al carburador, pero luego el flotador lo dosifica en el recipiente. El combustible se asienta en el recipiente antes de ser arrastrado hacia los chorros y luego hacia el venturi. Hay aire en el recipiente, seguro, y como la presión del aire disminuye con la altitud, hay una pequeña disminución en la presión detrás del combustible, sin embargo, la parte que puede estar pasando por alto es que el aire puede mezclarse con una proporción mucho mayor de combustible. de lo que es ideal para un motor. Los carburadores de los motores de los aviones generalmente se ajustan para que, al nivel del mar, proporcionen una relación ligeramente superior a la ideal, esto se logra restringiendo el flujo de combustible. Si no estuviera restringido, el motor funcionaría bien en el suelo.

A medida que aumenta la altitud de densidad, la cantidad de aire que pasa por el venturi disminuye, pero el aire aún puede contener más combustible, por lo que la mezcla se enriquece aunque haya menos presión.

La cantidad de combustible que el aire "puede" contener no es realmente relevante. La cantidad que atrae es. La cantidad que atrae depende de la caída de presión en el venturi. Pero esta caída de presión disminuye linealmente con la densidad de ese aire. Entonces, ¿por qué la cantidad de combustible extraído no disminuye de la misma manera?
¿Por qué los carburadores tienden a producir una mezcla más rica a mayor altitud?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v