Ciclo Diesel em Motores de Combustão

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UNIVERSIDAD ESTATAL PENINSULA DE SANTA ELENA 
FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL
ESTUDIANTES:
TEMA:
CICLO DEL DIESEL
PARALELO 3/2
CICLO DIESEL
El motor de encendido por compresión está basado en los trabajos de RUDOLPH DIESEL, que realizó sus primeros motores alrededor del año 1892. En este tipo, la combustión se realiza a presión constante, según el ciclo que ha tomado el nombre de su inventor.
Los combustibles empleados son hidrocarburos líquidos de características inferiores al carburante usado en los motores de encendido por chispa, menos volátiles y con un peso específico superior, por lo cual se llaman combustibles pesados. 
La alimentación del combustible se efectúa exclusivamente por inyección.
Los motores de encendido por compresión son similares, en importancia y variedad de aplicaciones, a los motores de encendido por chispa; pertenecen a esta vasta categoría los grandes motores Diesel lentos para instalaciones fijas y navales, así como los motores Diesel rápidos empleados en la locomoción terrestre y en embarcaciones ligeras.
Hay que considerar como motores de encendido por compresión los motores de cabeza caliente llamados también semi-Diesel. Éstos tienen, sin embargo, un número limitado de aplicaciones en el campo de las instalaciones fijas, de tractores agrícolas y sobre algunos tipos de embarcaciones, pero tienden a ser suplantados por los motores Diesel rápidos y por los motores de encendido por chispa.
La diferencia fundamental entre los ciclos Otto y Diesel se encuentra en la fase de introducción del calor. En el ciclo Otto, el calor se introduce a volumen constante, mientras que en el ciclo Diesel se efectúa a presión constante. Otra diferencia entre ambos ciclos estriba en los valores de la relación de compresión, la cual varía de 12 a 22 para los motores Diesel, mientras que oscila tan sólo entre 6 y 10 para los motores Otto.
MOTORES DE 4 TIEMPOS
 En este tipo de motores durante la admisión entra en el cilindro solamente aire, en la carrera de compresión el aire eleva su temperatura hasta valores superiores al punto de inflamación del combustible. Un poco antes de que el pistón alcance el punto muerto superior (durante el tiempo de compresión) el combustible se inyecta en el cilindro y se quema en forma espontánea
· 1-Primer tiempo o admisión: en esta fase el descenso del pistón aspira el aire en los motores de encendido provocado o el aire en motores de encendido por compresión. La válvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º en un motor de 4 cilindros y la válvula de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.
· 2-Segundo tiempo o compresión: al llegar al final de la carrera inferior, la válvula de admisión se cierra, comprimiéndose el aire contenido en la cámara por el ascenso del pistón. En un motor de 4 tiempos, el 2º tiempo el cigüeñal da 360º y el árbol de levas da 180º, y además ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.
· 3-Tercer tiempo o explosión/expansión: al llegar al final de la carrera superior el aire ha alcanzado la presión máxima. En los motores diésel, a través del inyector pulveriza  el combustible muy pulverizado, que se auto inflama por la presión y temperatura existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustión, esta progresa rápidamente incrementando la temperatura y la presión en el interior del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º mientras que el árbol de levas gira 90º respectivamente, ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.
· 4 -Cuarto tiempo o escape: en esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, los gases producto de la combustión que salen a través de la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas gira 90º.
ANALISIS DEL CICLO
 FUENTE: UNIZAR.ES/TERMODINAMICA.
P = Presión
V = Volumen
Qs = Calor de Entropía
QR = Calor de rechazo 
T = Temperatura
S = Entropía
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:
La cantidad de calor rechazada por el fluido de trabajo a volumen constante es:
Eficiencia térmica:
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
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 psi a, 80 °F y 117 in3. Mediante la 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 = Constante universal de los gases.
Cp = Capacidad calorífica en función de la presión.
Cv = Capacidad calorífica en función del volumen. 
K = Relación de los calores específicos.
 
 
Proceso 1-2 [compresión isoentrópico de un gas ideal, calores específicos constantes]
Proceso 2-3 [adición de calor a un gas ideal a presión cte.] 
Proceso 3-4 [expansión isoentrópico de un gas ideal, calores específicos constantes] 
Trabajo neto 
Por lo tanto: 
DIAGRAMA CIRCULAR DEL CICLO DEL DIESEL DE 4 TIEMPOS
FUENTE: elmotordieselmarino.blogspot.com
MOTORES DE 2 TIEMPOS
El motor de dos tiempos, también denominado motor de dos ciclos, es un motor de combustión interna que realiza las cuatro etapas del ciclo termodinámico(admisión, compresión, explosión y escape) en dos movimientos lineales del pistón (una vuelta del cigüeñal o 360°).
Fuente: Motores térmicos y sus sistemas auxiliares. Termodinámica
Motor de dos tiempos a Diesel.
FUNCIONAMIENTO DEL CICLO DE DIESEL DE 2 TIEMPOS CON LUMBRERAS.
Fase de admisión-compresión
El pistón se desplaza hacia arriba (la culata) desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de admisión. Mientras la cara superior del pistón realiza la compresión en el cárter, la cara inferior succiona el aire caliente a través de la lumbrera. Para que esta operación sea posible el cárter tiene que estar sellado. Es posible que el pistón se deteriore y la culata se mantenga estable en los procesos de combustión.
Fase de explosión-escape
Al llegar el pistón a su punto muerto superior se finaliza la compresión y se provoca la combustión de la mezcla. La expansión de los gases de combustión impulsa con fuerza el pistón que transmite su movimiento al cigüeñal a través de la biela.
En su recorrido descendente el pistón abre la lumbrera de escape para que puedan salir los gases de combustión y la lumbrera de transferencia por la que ingresas aire caliente, pasa del cárter al cilindro. Cuando el pistón alcanza el punto inferior empieza a ascender de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo.
FUENTE:Motores - Grado Medio - ED. Editex - Autor: Santiago Sanz
PROCEDIMIENTO MOTORES DIESEL DE 2 TIEMPOS CON VALVULAS
Suponemos que el motor ya está en funcionamiento (figura 1), cuando el pistón alcanzael P.M.I. descubre una serie de lumbreras de admisión maquinadas alrededor de la camisa del cilindro. Así el aire (A) proveniente de un soplador (S) ingresa al cilindro en el mismo momento que un sistema de distribución abre las válvulas de escape. Por lo tanto el aire empujado por el soplador no solo permite la admisión, sino que además empuja los gases quemados (E). A medida que el pistón sube y tapa las lumbreras de admisión también se cierran las válvulas de escape. Por lo tanto llega la compresión (figura 2), a un elevado valor como en un diesel 4 tiempos, entonces el aire alcanza de 500°c a 600°c y también como en aquellos, cerca de la finalización de la compresión con un cierto avance comienza la inyección desde la tobera de múltiples orificios tan delgados como un cabello, pero con una presión de1400 a 2000 Kg/cm. Así estamos terminando una carrera ascendente del pistón.
Hay que tener en cuenta que el sistema de distribución del diesel dos tiempos, posee un árbol de levas con levas de escape y de inyección para acción a oportuna mente a inyector- bomba (I), es decir una unidad que no sólo posee la tobera de inyección con su aguja y resorte, sino que además tiene un émbolo que dosifica el caudal del diesel según como se acelere. También como en el diesel cuatro tiempos, se genera el encendido espontáneoo explosión de la primer parte de diesel inyectado, provocando el golpe diesel. Ya en la segunda carrera cuando el pistón comienza a bajar (figura 3), continúa la inyección pero el combustible arde sin explotar, generando la fuerza de empuje expansiva que nos da la potencia. Antes de la mitad de la carrera, concluye la inyección y luego comienza la apertura de las lumbreras de admisión y de las válvulas de escape (figura 4) terminando la segunda carrera y disponiendo sus piezas para comenzar un nuevo ciclo como lo indica la figura 1.El sistema de distribución del diesel dos tiempos posee un accionamiento por cadena o por engranajes intermediarios con una relación de dientes 1:1 porque por cada vuelta del cigüeñal se deben accionar las válvulas de escape y el inyector. Generalmente se aprovecha el accionamiento para agregar un engranaje que permita girar una de las paletas del soplador, algo muy parecido a un compresor Roots, sólo que en este caso es usado como una bomba de barrido.
Actualmente
Los diesel dos tiempos se usan en donde se necesite mucha fuerza y potencia como el caso de locomotoras, barcos, dragas, remolcadores, mega camiones para traslado de tierra en minas y máquinas tuneladoras. En elautotransporte pesado para cargas y pasajeros se continúa usando el diesel cuatro tiempos que resulta menos ruidoso, más durable y más económico en el gasto de combustible .Solamente un mecanismo del dos tiempos se tienen cuenta en algunos diesel cuatro tiempos electrónicos, es el inyector-bomba. Es decir que la distribución tendrá árbol de levas con levas de admisión, de escape y de inyección. La gestión del caudal de inyección no se hace a través de un acelerador mecánico, sino electrónico o sea que cada inyector-bomba usa el accionamiento y elevación de presión propias del mecanismo, pero el paso del combustible y por lo tanto apertura de la aguja del inyector se realiza intermitentemente, gracias a la acción de una computadora que teniendo en cuenta distintos sensores permite una inyección piloto para que explote lo menos posible (suavizando el golpe diesel) y luego entrega el resto también en inyecciones intermitentes.
DIAGRAMA DE CICLO DE 2 TIEMPOS SIN VALVULAS DE ESCAPE
DIAGRAMA DE CICLO DE 2 TIEMPOS CON VALVULAS DE ESCAPE
RELACION ENTRE TEORICO Y PRÁCTICO EN EL CICLO DE DIESEL DE 2 TIEMPOS
TEORICO PRÁCTICO
Admisión 90° Admisión 150°
Compresión 90° Compresión 90°
Explosión 90° Explosión 90°
Escape 90° Escape 180°
DIAGRAMA CIRCULAR DEL CICLO DE 2 TIEMPOS A DIESEL
Considere un ciclo diesel donde las condiciones, al iniciarse el proceso de compresión, son de 1 bar y 40 °C. Si la presión y temperatura máximas en el ciclo se limitan a 40 bar y 500 °K, calcule.
a) La relación de compresión.
b) El calor suministrado al ciclo.
c) La eficiencia térmica del ciclo.
d) El trabajo realizado en el ciclo.
a)	k = Eficiencia de la relación de compresión
	k = 1.4
rk = 
r =1/K
r = 0.714
Relación de compresión r = 13.93
b) Para calcular la temperatura al finalizar el proceso de compresión.
 T2 = T1 r k-1 °F = 1,8 °C + 32
 T2 = (104 °F) (13.93)0.4 °F = 1,8 (40°C) +32
 T2 = 298.27 °F °F = 104
 q = Cp(T3 – T2 ) °C=°K - 273 °F = 1,8 °C + 32
 q = (1) ( 440.6°F – 298.27°F) °C = 500°K – 273 °F= 1,8 (227)+32
 q = 142.33 J / g °C = 227 °F= 440.6
c) La eficiencia térmica puede calcularse mediante la siguiente ecuación.
 1 r ik - 1
ท = 1 - 	 ri = = 1.48
 rk-1 k(r1-1)
 1 (1.48)1.4 - 1
ท = 1 - . 	 
 (13.93) 0.4 (1.4)(1,48 -1 )
 1 0,73
ท = 1 - . 	 = 0.62
 (13.93) 0.4 0,672
ท = 62 %
 
d) w = r1 q = (0.62)(142,33)
 = 88,244 J / g
(
)
(
)
(
)
(
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2
3
2
3
2
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T
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