Ciclo Diesel

Ciclo Diesel

¿Qué es el Ciclo Diesel? Es el ciclo de un tipo de motor de combustión interna, en el cual el quemado del combustible es accionado por el calor generado en la primera compresión de aire en la cavidad del pistón, en la cual entonces se inyecta el combustible.

Historia •

Rudolf Diesel publica un ensayo donde describe un motor que realiza combustión dentro de uno de sus cilindros. Fue el nacimiento de la combustión interna. Diesel crea un motor de combustión interna, que casi le cuesta la vida al explotar durante la primera prueba. Diesel continua con su trabajo y su fama empieza a crecer.

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En 1893

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Diesel patentiza su descubrimiento y demuestra por primera vez que es posible encender el combustible sin utilizar una chispa.

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En 1894

Rudolf realiza la primera prueba exitosa de este motor. Presenta su invento al mundo científico en la Asamblea General de Ingenieros Alemanes, el cual consumía mucho menos y alcanzaba potencias muy superiores. • •

En 1897

El gobierno le concede la patente y con cuarenta años Diesel ya era millonario.

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En 1898

Robert Bosch diseña la bomba de inyección para proporcionar al motor Diesel la velocidad deseada, aumentando su éxito.

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En 1922

Ciclo Diesel Teórico El ciclo Diesel de cuatro tiempos consta de las siguientes fases:

2. Compresión

1. Admisión

3. Combustión

5. Escape

4. Expansión

1. Admisión •

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En este primer tiempo el pistón efectúa su primera carrera o desplazamiento desde el PMS al PMI, aspirando sólo aire de la atmósfera. El aire pasa por el colector y la válvula de admisión, que se ha abierto instantáneamente, permaneciendo abierta, a fin de llenar todo el volumen del cilindro. La muñequilla del cigüeñal gira 180º. Al llegar al PMI se supone que la válvula de admisión se cierra instantáneamente

La admisión puede ser representada por una isóbara pues se supone que el aire ingresa sin rozamiento por los conductos de admisión, por lo que se puede considerar a la presión constante e igual a la presión atmosférica.

2. Compresión En este segundo tiempo todas las válvulas están cerradas y el pistón se mueve hacia arriba en el cilindro comprimiendo el aire.

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A medida que se que comprimen las moléculas de aire, aumenta la temperatura considerablemente por encima de los 600°C. La muñequilla del cigüeñal gira otros 180º y completa la primera vuelta del árbol motor.

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Durante esta carrera el aire es comprimido hasta ocupar el volumen correspondiente a la cámara de combustión y alcanza presiones elevadas. Se supone que por hacerse muy rápidamente no hay que considerar pérdidas de calor, por lo que esta transformación puede considerarse adiabática.

3. Combustión: •

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Al final de la compresión con el pistón en el PMS se inyecta el combustible en el interior del cilindro con la bomba de inyección a una presión elevada. El combustible, debido a la alta presión de inyección sale pulverizado, se inflama en contacto con el aire caliente, produciéndose la combustión del mismo. Durante este tiempo el pistón efectúa su tercer recorrido y la muñequilla del cigüeñal gira otros 180º.

Durante el tiempo que dura la inyección, el pistón inicia su descenso, pero la presión del interior del cilindro se supone que se mantiene constante, debido a que el combustible que entra se quema progresivamente a medida que entra en el cilindro, compensando el aumento de volumen que genera el desplazamiento del pistón. Esto se conoce como retraso de combustión.

4. Expansión: •

Sólo en esta carrera se produce trabajo, debido a la fuerza de la combustión que empuja el pistón y la biela hacia abajo, lo que hace girar el cigüeñal, así la energía térmica se convierte en energía mecánica.

Al terminar la inyección se produce una expansión adiabática hasta el volumen específico que tenía al inicio de la compresión, pues se supone que se realiza sin intercambio de calor con el medio exterior. La presión interna desciende a medida que el cilindro aumenta de volumen.

5. Escape: •

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Durante este cuarto tiempo, el pistón que se encuentra en el PMI es empujado por el cigüeñal hacia arriba forzando la salida de los gases quemados a la atmósfera por las válvulas de escape abiertas. La muñequilla del cigüeñal efectúa otro giro de 180º, completando las dos vueltas del árbol motor que corresponde al ciclo completo de trabajo.

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En el punto 4 se abre la válvula de escape y los gases quemados salen tan rápidamente al exterior, que el pistón no se mueve, por lo que se considera un proceso a volumen constante. La presión en el cilindro baja hasta la presión atmosférica y una cantidad de calor no transformado en trabajo es cedido a la atmósfera. El recorrido del pistón de 1 a 0 se realiza a presión constante, pues se desprecia el rozamiento de los gases quemados al circular por los conductos de escape. Al llegar a 0 se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión para iniciar un nuevo ciclo.

6. Análisis del ciclo •

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El ciclo Diesel se ejecuta en un dispositivo de cilindro-émbolo, que forma un sistema cerrado. La cantidad de calor añadida al fluido de trabajo a presión constante es:

qen  wb sal   u3  u2 qen

  P 2

qen



h

v

3

3

 u  u    C  p T   T  

 v2 

 h2

3

2

3

2

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La cantidad de calor rechazada por le fluido de trabajo a volumen constante es:  qsal  u1  u4

qsal  u4  u1   Cv T4  T1 

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La relación de corte de admisión rc es la relación de los volúmenes del cilindro después y antes del proceso de combustión

r c





V3 V2



v3 v2

Eficiencia térmica

diesel  1 

qsal qen

 1

k



T4  T1  k T3  T2  Cp Cv

Diferencias entre el Ciclo Diesel Real y el Teórico

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En la práctica la presión varía durante la combustión, mientras que en el ciclo teórico se mantiene constante. En realidad, una parte de la combustión se lleva a cabo a volumen constante, y otra parte, a presión constante. Tan solo los motores muy lentos aproximadamente el proceso teórico.

desarrollan

Diferencias entre los Ciclo Diesel y Otto

Ciclo Otto

Ciclo Diesel

Llamado también ciclo de encendido por chispa, este el proceso se realiza a volumen constante.

Se le conoce como ciclo de encendido por compresión y se realiza a presión constante.

La eficiencia es mayor, La eficiencia es siempre cuanto más elevado sea la menor a la de un ciclo Otto relación de compresión. para la misma relación de compresión, si este es mayor que la unidad.

Ciclo Otto

Ciclo Diesel En la Admisión

Se succiona una mezcla de aire combustible en la cámara de combustión.

Solamente puro.

se

succiona

aire

En la Compresión

El pistón comprime la mezcla aire -combustible.

El pistón comprime el aire para aumentar la presión y temperatura.

En la Combustión

La bujía eléctrica enciende la mezcla comprimida.

El combustible al mezclarse con el aire caliente se enciende debido al calor generado a alta presión.

En el Escape

No hay diferencia, en ambos casos el pistón fuerza a los gases de escape a salir del cilindro por la válvula de escape.

Diferencia entre un Motor a Gasolina y un Motor Diesel Motores a Gasolina

Motores Diesel

Su costo es más barato.

Su costo es más elevado.

Aprovechan del 22 al 24% de la energía

Son más eficientes, el aprovechamiento de energía puede superar el 35%.

No requieren gran cantidad de aire.

Requieren mayor cantidad de aire, pues la combustión es mejor cuanto mayor es el exceso de aire carburante.

El combustible usado es la gasolina , el cual es muy contaminante.

El combustible requerido es el gasóleo, el cual es menos contaminante.

Consumen más combustible.

Consumen menos combustible (aprox. 30% menos)

Motores a Gasolina

Motores Diesel

Son mejores en trayectos cortos.

Son mejores en trayectos largos.

El arranque es rápido

Demoran al arrancar, pues necesitan calentarse.

No son muy ruidosos.

Son más ruidosos y con mayores vibraciones.

Ofrecen una conducción más deportiva.

Ofrecen una conducción fácil y suave, a pesar de las vibraciones en el volante y pedales, y el ruido.

Suelen alcanzar velocidades máximas más elevadas y mejores aceleraciones.

No ofrecen aceleraciones de escándalo ni sensaciones de fuerza y potencia. Pero facilitan los adelantamientos .

Su equipamiento es más ligero y sencillo.

Su mantenimiento es más caro debido a que necesitan más aceite.

Su equipamiento es más pesado y más complejo. Su mantenimiento es más barato, pero las reparaciones son más caros.

Ventajas y Desventajas de los Motores Diesel Ventajas

Desventajas