ciclo diesel
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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
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
cilindro-émbolo, que forma un sistema cerrado.
La cantidad de calor añadida al fluido de trabajo a presión constante es:
23p23en
23232en
23sal ben
TTChhq
uuvvPq
uuwq
ANALISIS DEL CICLO La cantidad de calor rechazada por le fluido de
trabajo a volumen constante es:
23
14
en
saldiesel TTk
TT1
1
Eficiencia térmica
14v14sal
41sal
TTCuuq
uuq
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
vVV
r
Relación de calores específicos
v
p
C
Ck
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.
4.1k
lbm/Btu 171.0C
lbm/Btu 240.0C
lbm/ft psia 3704.0R
v
p
3
EJEMPLO
psia 84118psia 7.14VV
PP
R 171618R 540VV
TT
4.1
k
2
112
14.1
1k
2
112
a) Proceso 1-2 [ compresión isentrópica de un gas ideal, calores específicos constantes ]
3
14
33
2c3
33
12
in 117VV
in 13in 5.62VrV
in 5.618
in 117rV
V
EJEMPLO
psia 8.38in 117
in 13psia 841
VV
PP
R 1425in 117
in 13R 3432
VV
TT
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
3
3
33
2
22
23
Proceso 2-3 [adición de calor a un gas ideal a presión cte ]
EJEMPLO
b) Trabajo neto
Btu 754.0Q
R 540-R 1425R bm0.171Btu/llbm 0.00498Q
TTmCuumQ
Btu 051.2Q
R 1716-R 3432R Btu/lbm 0.240lbm 0.00498Q
TTmChhmQ
lbm 0.00498in 1728
ft 1
R 540R lbm/ft psia 3704.0
in 117psia 7.14
RT
VPm
sal
sal
14v14sal
en
en
23p23en
3
3
3
3
1
11
EJEMPLO
63.24% ó 6324.0
Btu 0510.2
Btu 754.01
q
q1
termica
termica
entra
saletermica
Por lo tanto:
Btu 297.1w
Btu 754.0-Btu 051.2w
QQw
neto
neto
salenneto
MUCHAS GRACIAS
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