CICLO DIESEL
Rudolf Diesel
CICLO IDEAL PARA LAS
MAQUINAS DE ENCENDIDO POR
COMBUSTIÓN
Por Alvaro Medina
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
3
4
–
–
–
–
2
3
4
1
]:
]:
]:
]:
Compresión isoentrópica
Adición de calor a presión constante
Expansión isoentrópica
Rechazo de calor a volumen constante
ANIMACION
ANIMACION
Note 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.
ANIMACION
El 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.
ANIMACION
Un 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 cilindroémbolo, que forma un sistema cerrado.
La cantidad de calor añadida al fluido de trabajo a presión
constante es:
q en  w b sal  u 3  u 2
q en  P2  v 3  v 2   u 3  u 2 
q en  h 3  h 2   C p T3  T 2 
ANALISIS DEL CICLO

La cantidad de calor rechazada por le fluido de trabajo a
volumen constante es:
 q sal  u 1  u 4
q sal  u 4  u 1   C v T 4  T1 

Eficiencia térmica
 diesel  1 
q sal
q en
 1
T 4  T1 
k T 3  T 2 
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
Relación de calores específicos
rc 
k 
V3
V2
Cp
Cv

v3
v2
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.
R  0 . 3704
3
psia ft / lbm
C p  0 . 240 Btu / lbm
C v  0 . 171 Btu / lbm
k  1 .4
EJEMPLO
V2 
V1
r

117 in
3
18
 6 . 5 in
V 3  rc V 2  2 6 . 5 in
V 4  V1  117 in
3
3
  13
in
3
3
a) Proceso 1-2 [ compresión isentrópica de un gas ideal,
calores específicos constantes ]
V 
T 2  T1  1 
 V2 
k 1
 540 R 18

1 .4 1
 1716 R
k
V 
P2  P1  1   14 . 7 psia
 V2 
18 
1 .4
 841 psia
EJEMPLO
Proceso 2-3 [adición de calor a un gas ideal a presión cte ]
P3  P2  841 psia
P2 V 2
T2

P3 V 3
T3

T3  1716 R 2   3432 R
Proceso 3-4 [ expansión isentrópica de un gas ideal, calores
específicos constantes ]
V 
T 4  T3  3 
 V4 
k 1
k
 13 in 
 3432 R 

3
117
in


3
3
 V3 
 13 in 
  841 psia 
P4  P3 

3
V
117
in


 4
1 .4 1
 1425 R
1 .4
 38 . 8 psia
EJEMPLO
b) Trabajo neto
m 
P1 V 1
RT 1

14 . 7 psia 117
0 . 3704
psia ft
Q en  m h 3  h 2   mC
Q en  0.00498
lbm
p
T 3
0.240
3

3

1 ft

3
/ lbm R 540 R   1728 in
in
3


  0.00498


 T2 
Btu/lbm
R 3432 R - 1716 R 
Q en  2 . 051 Btu
Q sal  m u 4  u 1   mC
Q sal  0.00498
Q sal  0 . 754 Btu
lbm
v
T 4
 T1 
0.171Btu/l
bm R 1425 R - 540 R 
lbm
EJEMPLO
Por lo tanto:
w neto  Q en  Q sal
w neto  2 . 051 Btu - 0 . 754 Btu
w neto  1 . 297 Btu
 termica  1 
 termica  1 
q sale
q entra
0 . 754 Btu
2 . 0510 Btu
 termica  0 . 6324
ó 63.24%
MUCHAS GRACIAS
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