Ciclo Diesel

CICLO DIESEL. EL CICLO IDEAL PARA LAS MAQUINAS DE ENCENDIDO POR COMPRESIÓN.

El ciclo diesel es el ciclo ideal para las maquinas reciprocantes ECOM. El motor ECOM, por primera vez propuesto por Rudolph Diesel en la década de 1890, es muy similar al motor ECH estudiando en la última sección: la diferencia principal está en el método de inicio de la combustión. En los motores de encendido por chispa (conocidos también como motores de gasolina), la mezcla de aire y combustible se comprime hasta una temperatura de autoencendido del combustible y el proceso de combustión se inicia al encender una bujía. En los motores ECOM también conocidos como motores diesel 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. Por lo tanto. En los motores diesel la bujía y el carburador son sustituidos por un inyector de combustible.

En los motores de gasolina, una mezcla de aire y combustible se comprime durante la carrera de compresión, mientras que las relaciones de compresión están limitadas por el comienzo del autoencendido o el golpeteo del motor. En los diesel, solamente el aire se comprime durante la carrera de compresión, eliminando la posibilidad de atoencendido. Por lo tanto, los motores diesel pueden ser diseñados para operar a relaciones de compresión mucho más altas, generalment entre 12 y 24. No tener el problema del autoencendido conlleva otro beneficio: muchos de los exigentes requerimientos impuestos a la gasolina pueden ser eliminados, de manera que los combustibles menos refinados ( y por lo tanto menos costosos) pueden utilizarse en los motores diesel.

El proceso de inyección de combustible en los motores diesel empieza cuando el embolo se aproxima al PMS y continua durante la primera parte de la carrera de potencia. Por lo tanto. En estos motores el proceso de combustión sucede durante un periodo más largo. Debido a esta mayor duración, el proceso de combustión en el ciclo Diesel ideal se obtiene como un proceso de adición de calor a presión constante. De hecho, este es el único proceso donde los ciclos de Otto y Diesel difieren. Los tres procesos restante son los mismo para ambos ciclos ideales. Es decir, el proceso 1-2 es una compresión isentropica, el 3-4 una expansión isentropica y el 4-1 un rechazo de calor a volumen constante. La similitud entre los dos ciclos es también evidente en los diagramas p-v y T.s del ciclo Diesel.

Si se observa en el ciclo diesel se ejecuta en un dispositivo de em bolo y cilíndrico, que forma un sistema cerrado, la cantidad de calor añadida al fluido de trabajo a presión constante y rechaza por este a volumen constante puede expresarse como

Qentrada - wb,salida = u3 –u2 ---- qentrada = P2(v3 –v2) + (u3 – u2) = h3 – h2 = cp(T3 – T2)

-qsalida = u1 – u4 ------ qsalida = u4 – u1 =cp (T4 – T1)

Entonces, la eficiencia termimica de un ciclo Diesel ideal bajo las suposiciones de aire estándar frio se vuelve

Ahora se define una nueva cantidad, la relación de corte de admisión rc. Como la relación de los volúmenes del cilindro antes y después del proceso de combustión

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

donde r es la relación de compresión definida por la ecuación 9-9 bajo las suposiciones de aire estándar frio la eficiencia de un ciclo Diesel difiere de la de un ciclo de Otto por la cantidad que está entre paréntesis, la cual siempre es mayor que 1. Por lo tanto

nter,otto > nter,Diesel

Cuando ambos ciclos operan a la misma relación de compresión. Asimismo. Cuando la relación de corte disminuye, la eficiencia del ciclo Diesel aumenta para el caso limite de rc = 1, la cantidad entre paréntesis se vuelve la unidad las eficiencias de los ciclos otto y Diesel se vuelven idénticas. Los motores Diesel operan con relación de compresión mucho más alta por los que suelen ser mas eficientes que los de encendido de chispa (gasolina). Los motores diesel también queman el combustible de manera completa, ya que usualmente operan a menor4es revoluciones por minuto y la relación de masa de aire y combustible mucho mayor que en los motores de encendido por chispa. Las eficiencia térmica s d los motores diesel varían aproximadamente entre 35 y 40 por ciento

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.

Diferencia entre un motor DIESEL y de GASOLINA

 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.

 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).

 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.

VENTAJAS DEL CICLO DIESEL CON RESPECTO A LOS MOTORES QUE TRABAJAN CON GASOLINA

La principal ventaja de los motores diésel, comparados con los motores a gasolina, es su bajo consumo de combustible. Debido a la constante ganancia de mercado de los motores diésel en turismos desde la década de 1990 (en muchos países europeos ya supera la mitad), el precio del combustible ha superado a la gasolina debido al aumento de la demanda. Este hecho ha generado quejas de los consumidores de gasóleo, como es el caso de transportistas, agricultores o pescadores.En automoción, las desventajas iniciales de estos motores (principalmente precio, costos de mantenimiento y prestaciones) se están reduciendo debido a mejoras como la inyección electrónica y el turbocompresor. No obstante, la adopción de la precámara para los motores de automoción, con la que se consiguen prestaciones semejantes a las de los motores de gasolina, presenta el inconveniente de incrementar el consumo, con lo que la principal ventaja de estos motores prácticamente desaparece.

CICLO STIRLING Y ERICSSON

Los Ciclos Stirling y Ericsson difieren del ciclo de Carnot en que los procesos isentrópicos son reemplazados por procesos de regeneración a volumen constante en el ciclo Stirling, y por dos de regeneración a presión constante en el ciclo ericcson ambos ciclos utilizan un proceso Proceso durante el cual se transfiere calor a un dispositivo, llamado Regenerador, durante una parte del ciclo y se transfiere de nuevo al fluido de trabajo durante otra parte del ciclo y se transfiere de nuevo hacia el fluido de trabajo. Se muestran los diagramas T-s y P-v del ciclo Stirling, el cual esta integrado por cuatro procesos totalmente reversibles.

1-2 Expansión a T = constante (adición de calor de una fuente externa)

2-3 Pregeneración a v = cosntante (transferencia de calor interna del fluido de trabajo al regenerador)

3-4 Compresión a T = constante (rechazo de calor en un sumidero externo)

4-1 Regeneración a v = constante (transferencia de calor interna de un regenerador de nuevo al fluido de trabajo)

La ejecución del ciclo Stirling requiere equipos de tecnología avanzada. Los motores Stirling reales, incluso el patentado originalmente por Robert Stirling, son muy pesados y complicados. Para evitar al lector complejidades, la ejecución del ciclo Stirling en un sistema cerrado se explica con la ayuda del motor hipotético mostrado.

Sistema de cilindro con dos émbolos a los lados y un regenerador en medio.

El regenerador es un tapón poroso con alta masa térmica (masa por calor específico), puede ser una malla metálica o de cerámica. Que se emplea para el almacenamiento temporal de energía térmica. Masa de fluido dentro del Regenerador en cualquier instante se considera despreciable.

Fluido de Trabajo es un gas.

Proceso 1-2: Se añade calor al gas a TH de una fuente a TH. El gas se expande isotérmicamente (el embolo de la izquierda se mueve hacia afuera), efectúa trabajo y la presión del gas disminuye.

Proceso

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