Ciclo termodinmico Diesel

Rudolf Diesel

Ingeniero alemn (1858 - 1913). En 1892 patent el motor de combustin interna que recibi su nombre, y que utilizaba la combustin espontnea del combustible. Su primera preocupacin en materia de motores fue el desarrollo de un motor de combustin interna cuyo rendimiento energtico se aproximara lo mximo posible al rendimiento terico de la mquina ideal propuesta por Carnot. En 1890, ao en que se traslad a Berln para ocupar un nuevo cargo en la empresa de Von Linde, concibi la idea que a la postre se traducira en el motor que lleva su nombre. Obtuvo la patente alemana de su diseo en 1892, y un ao despus public, con el ttulo Theorie und Konstruktion eines rationellen Wremotors, una detallada descripcin de su motor.Fig. 1Rudolf Diesel (1858-1913)

Ciclo de Diesel

El ciclo del motor Diesel lento (en contraposicin al ciclo rpido, ms aproximado a la realidad) ideal de cuatro tiempos es una idealizacin del diagrama del indicador de un motor Diesel, en el que se omiten las fases de renovado de la masa y se asume que el fluido termodinmico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire. Adems, se acepta que todos los procesos son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido. Aunque todo ello lleva a un modelo muy aproximado del comportamiento real del motor, permite al menos extraer una serie de conclusiones cualitativas con respecto a este tipo de motores. Fig.2Ciclo Termodinmico de un motor Diesel lento

Tabla 1Ciclo de cuatro tiempos1.- Carrera de admisin.2.- Carrera de compresin ignicin.

3.- Carrera de trabajo.4.- Carrera de escape.

Etapas

Proceso 1 2: CompresinEs un proceso de compresin adiabtica reversible (isotrpica). Es el proceso de compresin de la masa fresca de aire en el motor real, en el que en el pistn, estando en el punto muerto inferior (PMI), empieza su carrera de ascenso, comprimiendo el aire contenido en el cilindro. Ello eleva el estado termodinmico del aire, aumentando su presin, su temperatura y disminuyendo su volumen especfico, en virtud de la compresin adiabtica.Proceso 2 3: CombustinEn esta idealizacin, se simplifica por un proceso isobaro. Sin embargo, la combustin Diesel es mucho ms compleja: en el entorno del punto muerto superior (PMS) (en general un poco antes de alcanzarlo debido a problemas relacionados con la inercia trmica de los fluidos), se inicia la inyeccin del combustible (en motores de automviles, gasleo, aunque basta con que el combustible sea lo suficientemente autoinflamable y poco voltil). El inyector pulveriza y perliza el combustible, que, en contacto con la atmsfera interior del cilindro, comienza a evaporarse.Como quiera que el combustible de un motor Diesel tiene que ser muy autoinflamable (gran poder detonante), ocurre que, mucho antes de que haya terminado la inyeccin de todo el combustible, las primeras gotas de combustible inyectado se autoinflaman y dan comienzo a una primera combustin caracterizada por ser muy turbulenta e imperfecta, al no haber tenido la mezcla de aire y combustible tiempo suficiente como para homogeneizarse.Esta etapa es muy rpida, y en el presente ciclo se obvia, pero no as en el llamado ciclo Diesel rpido, en el que se simboliza como una compresin isocora al final de la compresin. Posteriormente, se da, sobre la masa fresca de aire que no ha sido quemada, una segunda combustin, llamada combustin por difusin, mucho ms pausada y perfecta, que es la que aqu se simplifica por un proceso isobaro. En esta combustin por difusin se suele quemar un 80% de la masa fresca de aire, de ah que la etapa anterior se suela obviar. Sin embargo, tambin es cierto que la inmensa mayora del trabajo de presin y de las prdidas e irreversibilidades del ciclo se dan en la combustin inicial, por lo que omitirla sin ms slo conducir a un modelo imperfecto del ciclo Diesel. Consecuencia de la combustin es el elevamiento sbito del estado termodinmico del fluido, en realidad debido a la energa qumica liberada en la combustin, y que en este modelo ha de interpretarse como un calor que el fluido termodinmico recibe, y a consecuencia del cual se expande en un proceso isobaro reversible. Proceso 3 4: Expansin

Se representa por una expansin isoentrpica del aire termodinmico, hasta el volumen especfico que se tena al inicio de la compresin. En la realidad, la expansin se produce a consecuencia del elevado estado termodinmico de los gases tras la combustin, que empujan al pistn desde el PMS hacia el PMI, produciendo el trabajo. Ntese que, como en todo ciclo de motor de cuatro tiempos, slo en esta carrera, en la de expansin, se produce un trabajo.Proceso 4 1: EscapeEsta etapa es un proceso isomtrico o isocrico Desde la presin final de expansin hasta la presin inicial de compresin. En rigor, carece de cualquier significado fsico, y simplemente se emplea ad hoc, para poder cerrar el ciclo ideal. Sin embargo, hay autores que no satisfechos con todas las idealizaciones realizadas, insisten en dar un significado fsico a esta etapa, y la asocian al renovado de la carga, pues, razonan, que es esto lo que se produce en las dos carreras que preceden a la compresin y siguen a la expansin: el escape de masa quemada y la admisin de masa fresca. No obstante, el escape es un proceso que requiere mucho ms trabajo que el que implica este proceso, y adems ninguno de los dos procesos se da, ni por asomo, a volumen especfico constante. El ciclo disel tiene muchas similitudes con el ciclo Otto o de gasolina. Al igual que los motores de gasolina, los de gasleo tambin pueden funcionar en ciclos de dos y cuatro tiempos. En los ltimos aos la incursin al mercado de unidades con motor a diesel ha ganado terreno, debido a la incursin tecnolgica dentro de estos y sus mltiples usos para distintas industrias, lo cierto es que an falta ampliar la difusin de los beneficios de los motores a diesel.De acuerdo con la pgina de la Secretara de Medio Ambiente el desarrollo del motor diesel ha apuntado a obtener mayor potencia por menos combustible, ya que en la actualidad un motor diesel utiliza solo un 70 por ciento del combustible que utilizara un motor a gasolina de caractersticas similares para una misma potencia. Sin embargo, en la actualidad an persisten los estigmas de las grandes emisiones de contaminantes que emiten este tipo de motores, el hecho es que los avances tecnolgicos han hecho del diesel un combustible ms seguro para el ambiente, adems de que a la larga puede economizar el mantenimiento del motor.Conclusin

Referencias

Ing. Jos Luis NoguedaApuntes de TermodinmicaUniversidad Nacional Autnoma de Mxico(Septiembre 2013)