CICLO DIESEL: EL CICLO IDEALPARA LAS MÁQUINAS DE ENCENDIDOPOR COMPRESIÓN IVAN MAURICIO JIMENEZ ANTONIO LARROTA

Generalidades

El ciclo diésel: ideal para maquinas ECOM, se desarrolla a presión constante

En los motores ECOM, el aire se comprime hasta una temperatura que es superior a la temperatura de autoencendido del combustible, y la combustión inicia al contacto, cuando el combustible se inyecta dentro de este aire caliente.

Bujía y carburador: sustituidos por inyector de combustible.

Ciclo de potencias de gas

Generalidades

En los ECOM el aire es el único que se comprime durante la carrera de compresión, eliminando la posibilidad de autoencendido, dando posibilidad de diseñar ECOM para operar a relaciones de compresión mucho mas altas.

ProcesoEl proceso de inyección de combustible en los motores diésel empieza cuando el émbolo se aproxima al PMS y continúa durante la primera parte de la carrera de potencia.

Proceso

En estos motores el proceso de combustión sucede durante un periodo más largo.

Al ser el proceso de combustión mas largo el ciclo diésel ideal se obtiene como un proceso de adición de calor a presión constante.

Los tres procesos restantes son los mismos para ambos ciclos idealesProceso 1-2 es una compresión isentrópica

El proceso 2-3 adición de calor a presión constante: combustión.

El proceso 3-4 una expansión isentrópica

El ultimo proceso; el 4-1 un rechazo de calor a volumen constante

Ciclo diésel

Ciclo diésel

Diagramas para P-V y T-S en el ciclo diésel ideal

EcuacionesSi se observa que el ciclo ECOM se ejecuta en un

dispositivo de émbolo y cilindro, que forma un sistema cerrado, la cantidad de calor añadida al fluido de trabajo a presión constante y rechazada por éste a volumen constante puede expresarse como:

q entrada-w b,salida =u 3 -u 2 entonces qentrada= P2(v3-v2)+

(u3-u2 )

= h 3-h 2=cp 1(T 3-T 2 ) Y -qsalida=u1-u4 entonces qsalida=u4-u1=cv(T 4-T 1)

Eficiencia térmica de un ciclo Diésel: Ideal bajo las suposiciones de aire estándar frío se vuelve: 

Relación de corte de admisión rc : la relación de los volúmenes del cilindro antes y después del proceso de combustión:

rc=Al usar esta definición y las relaciones de gas ideal isentrópica para los procesos 1-2 y 3-4, la relación de la eficiencia térmica se reduce a:

Relación de corte de admisión rc

Al observar la ecuación anterior bajo suposiciones de aire estándar frio la eficiencia de un ciclo diésel; la relación de compresión difiere de la de un ciclo Otto por la cantidad entre paréntesis, la cual siempre es mayor que 1. Por lo tanto:  

ηtér,Otto> ηér,Diesel

cuando ambos ciclos operan a la misma relación de compresión

Relación de corte de admisión

rc

Asimismo, cuando la relación de corte de admisión disminuye, la eficiencia del ciclo ECOM aumenta.

Relación de corte de admisión

rcPara el caso límite de rc 1, la cantidad entre paréntesis se vuelve la unidad, y las eficiencias de los ciclos de Otto y Diésel se vuelven idénticas.Recordemos que los motores diésel operan con las relaciones de compresión mucho mas altas por lo que son mas eficientes que los de chispa.

Eficiencia

Los motores diésel queman el combustible de manera mas completa que los de chisa, ya que operan a menos rpm y la relación de masa-aire-combustible es mucho mayor que los motores de chispa. Las eficiencias de un ECOM varia de 35 a 40 %.

Eficiencia

Mayor eficiencia y menos costo de combustible de los ECOM: opción indicada para aplicaciones que requieren grandes potencias como locomotoras, generación eléctrica de emergencia, barcos, camiones, etc.

ECOM modernos

En los motores de ignición y compresión de alta velocidad se inyecta combustible a la cámara con mayor rapidez.

El combustible inicia su ignición en una etapa avanzada del ciclo de compresión y en consecuencia, parte de la combustión tiene lugar casi a volumen constante

ECOM modernos

La inyección de combustible continúa hasta que el pistón alcanza el centro muerto superior, y la combustión del combustible mantiene alta la presión hasta bien entrado el ciclo de expansión.

El proceso completo de combustión se puede modelar mejor como la combinación de procesos a volumen constante y a presión constante: ciclo dual.

Diagrama P-v para el ciclo dual ideal

Maquinas 4T y 2T

La mayoría de los motores diésel son del ciclo de cuatro tiempos, salvo los de tamaño muy grande, ferroviarios o marinos, que son de dos tiempos.

Los motores diésel grandes de 2T suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min) (grandes barcos), mientras que los motores de 4T trabajan hasta 2.500 rpm (camiones y autobuses) y 5.000 rpm. (automóviles)

Aplicaciones del ciclo diésel

Un ejemplo de qué tan grande puede ser un motor diésel es el de 12 cilindros construido en 1964 por la corporación italiana Fiat, el cual tenía una salida de potencia normal de 25 200 hp (18.8 MW) a 122 rpm, un diámetro del cilindro de 90 cm y una carrera de 91 cm.

Aplicaciones del ciclo diésel

Maquinaria agrícola 4 tiemposPropulsión ferroviaria 2TPropulsión marina de 4T hasta cierta

potencia y de ahí 2TAutomóviles y camiones 4TGeneradores de energía eléctricaPropulsión aérea

Anexos

Anexos

Anexos

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