CICLO DIESEL

CICLO IDEAL PARA LAS MAQUINAS DE ENCENDIDO

POR COMBUSTIÓN

Por Alvaro Medina

Rudolf Diesel

CONCEPTO Rudolf Diesel desarrolló la idea del motor diesel y

obtuvo la patente alemana en 1892.

El aire se comprime hasta una temperatura superior a la temperatura de autoencendido del combustible y la combustión inicia al contacto, cuando el combustible se inyecta dentro de este aire caliente.

Operan en relaciones de 12 y 24

No hay posibilidad de autoencendido, ya que el aire solo se comprime durante el tiempo de compresión

Ciclo ideal se obtiene como un proceso de adición de calor a presión constante

DIFERENCIAS: Diesel vrs. Gasolina Un motor a gasolina succiona una mezcla de gas y

aire, los comprime y enciende la mezcla con una chispa. Un motor diesel sólo succiona aire, lo comprime y entonces le inyecta combustible al aire comprimido. El calor del aire comprimido enciende el combustible espontáneamente

Un motor diesel utiliza mucha más compresión que un motor a gasolina. Un motor a gasolina comprime a un porcentaje de 8:1 a 12:1, mientras un motor diesel comprime a un porcentaje de 14:1 hasta 25:1. La alta compresión se traduce en mejor eficiencia.

DIFERENCIAS: Diesel vrs. Gasolina Los motores diesel utilizan inyección de combustible

directa, en la cual el combustible diesel es inyectado directamente al cilindro.

Los motores a gasolina generalmente utilizan carburación en la que el aire y el combustible son mezclados un tiempo antes de que entre al cilindro, o inyección de combustible de puerto en la que el combustible es inyectado a la válvula de succión (fuera del cilindro).

DIFERENCIAS: Diesel vrs. Gasolina La eficiencia de los motores diesel, que en general

depende de los mismos factores que los motores Otto, es mayor que en cualquier motor de gasolina, llegando a superar el 40%.

Los motores diesel suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min), mientras que los motores Otto trabajan de 2.500 a 5.000 rpm. No obstante, algunos tipos de motores diesel pueden alcanzar las 2.000 rpm. Como el grado de compresión de estos motores es de 14 a 1, son por lo general más pesados que los motores Otto, pero esta desventaja se compensa con una mayor eficiencia y el hecho de que utilizan combustibles más baratos.

PROCESO [ 1 – 2 ]: Compresión isoentrópica [ 2 – 3 ]: Adición de calor a presión constante [ 3 – 4 ]: Expansión isoentrópica [ 4 – 1 ]: Rechazo de calor a volumen constante

ANIMACION

ANIMACIONNote que el motor diesel no tiene bujía, se toma el aire y lo comprime, y después inyecta el combustible directamente en la cámara de combustión (inyección directa). Es el calor del aire comprimido lo que enciende el combustible en un motor diesel.En esta animación simplificada, el aparato verde pegado al lado izquierdo del cilindro es un inyector de combustible.

ANIMACIONEl inyector debe ser capaz de resistir la temperatura y la presión dentro del cilindro y colocar el combustible en un fino rocío. Mantener el rocío circulando en el cilindro mucho tiempo, es un problema, así que los motores diesel de alta eficiencia utilizan válvulas de inducción especiales, cámaras de precombustión u otros dispositivos para mezclar el aire en la cámara de combustión y para que por otra parte mejore el proceso de encendido y combustión.

ANIMACIONUn motor diesel siempre inyecta su combustible directamente al cilindro, y es inyectado mediante una parte del choque de poder. Esta técnica mejora la eficiencia del motor diesel con respecto a la del motor de gasolina.Cuando el motor diesel está frío, el proceso de compresión no debe elevar el aire a una temperatura suficientemente alta para encender el combustible.

ANALISIS DEL CICLO 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:

23p23en

23232en

23sal ben

TTChhquuvvPq

uuwq

ANALISIS DEL CICLO La cantidad de calor rechazada por le fluido de

trabajo a volumen constante es:

23

14

en

saldiesel TTk

TT1qq1

Eficiencia térmica

14v14sal

41sal

TTCuuquuq

ANALISIS DEL CICLO La relación de corte de

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

2

3

2

3c v

vVVr

Relación de calores específicosv

p

CC

k

EJEMPLO Un ciclo ideal con aire como fluido de trabajo tiene

una relación de compresión de 18 y una relación de corte de admisión de 2. Al principio del proceso de compresión el fluido de trabajo está a 14.7 psia, 80 °F y 117 in3. Mediante las suposición de aire frió estándar, determine a) la temperatura y presión del aire al final de cada proceso, b) la salida de trabajo neta.

4.1klbm/Btu 171.0C

lbm/Btu 240.0Clbm/ft psia 3704.0R

v

p

3

EJEMPLO

psia 84118psia 7.14VVPP

R 171618R 540VVTT

4.1k

2

112

14.1

1k

2

112

a) Proceso 1-2 [ compresión isentrópica de un gas ideal, calores específicos constantes ]

314

332c3

33

12

in 117VV

in 13in 5.62VrV

in 5.618

in 117rVV

EJEMPLO

psia 8.38in 117

in 13psia 841VVPP

R 1425in 117

in 13R 3432VVTT

4.1

3

3k

4

334

14.1

3

31k

4

334

Proceso 3-4 [ expansión isentrópica de un gas ideal, calores específicos constantes ]

R 34322R 1716T TVP

TVP

psia 841PP

33

33

2

22

23

Proceso 2-3 [adición de calor a un gas ideal a presión cte ]

EJEMPLOb) Trabajo neto

Btu 754.0QR 540-R 1425R bm0.171Btu/llbm 0.00498Q

TTmCuumQ

Btu 051.2QR 1716-R 3432R Btu/lbm 0.240lbm 0.00498Q

TTmChhmQ

lbm 0.00498in 1728

ft 1R 540R lbm/ft psia 3704.0

in 117psia 7.14RT

VPm

sal

sal

14v14sal

en

en

23p23en

3

3

3

3

1

11

EJEMPLO

63.24% ó 6324.0

Btu 0510.2Btu 754.01

qq1

termica

termica

entra

saletermica

Por lo tanto:

Btu 297.1wBtu 754.0-Btu 051.2w

QQw

neto

neto

salenneto

MUCHAS GRACIAS

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