UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y SISTEMAS ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL
TEMA DE INVESTIGACIÓN “Ciclo Diesel y motor Diesel” rese!t"#o $or% RESURRECCIÓN &AVIER' C(SAR RIOS GÓME)' RENATO AOLO ROSALES COL*N' +EVIN ESTE,AN U,ALDO &USTO' DANIEL VARGAS MAC-UCA' FRANCESCO
ro.esor% I!/0 -ERRERA A,AD' &UAN
Lim"1er2
3456
Ciclo Diesel y motor Diesel
1
Dedicatoria Este trabajo está dedicado a nuestros padres que se esfuerzan por darnos lo mejor y a nuestro profesor por la calidad de la enseñanza.
I!tro#7cci8! La segunda mitad del siglo XX !El "iglo del #apor! $io nacer y desar desarrrolla ollarse rse este este magn magn%& %&co co in$e in$ent nto o que que es el motor t'rmic t'rmico( o( el nue$o m'todo de obtenci)n de fuerza motri otriz* z* reali ealiza zado do por un esfu esfuer erzo zo cole colect cti$ i$o* o* fru fruto del del trabajo inca incans nsab able le de nume numerrosos osos in$estigadores. En el presente trabajo +ablaremos sobre el ciclo Diesel y su desarrollo sobre el motor del mismo nombre. ,rataremos tambi'n acerca del funcionamiento del motor* sus partes y muc+os otros detalles acerca de este tema. -o es frecuente que un gran in$ento sea obra de un solo +ombre +ombre y y el moto motorr Di Diese esell no es una una ece ecepc pci) i)n. n. ,odos odos los los gran grande dess +omb +ombre ress famosos de la f%sica f%sica dieron dieron en su 'poca un $alioso aporte* pero su gran desarrollo +a sido posible gracias a los trabajos de innumerables in$estigadores* artesanos de una de las más grandes realizaciones de la t'cnica.
Ciclo Diesel y motor Diesel
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0n motor di'sel puede modelarse con el ciclo ideal formado por seis pasos re$ersibles. El rendimiento de este ciclo $iene dado por la epresi)n siendo r V A 2 V B la raz)n de compresi)n y r c V C 2 V B la relaci)n de combusti)n. El m'todo para obtener este resultado es análogo al empleado para el ciclo 3tto.
Res7me!
El ciclo de diesel es es un motor de encendido por compresi)n compresi)n 4en lugar lugar de encendido por c+ispa5. El combustible atomizado se inyecta en el cilindro cilindro en p/ 4alta presi)n5 cuando la compresi)n se completa* y +ay encendido sin una c+ispa. El cicl ciclo o dies diesel el es el cicl ciclo o idea ideall para para moto motorres de ence encend ndid ido o por por compresi)n. La buj%a es sustituida por un inyector de combustible en los motore motoress diesel diesel.. En este motor motor se asume asume que la adici)n adici)n de calor se produce durante un proceso a presi)n constante que se inicia con el pist)n en el punto muerto superior. El t'rmin t'rmino o !encen !encendid dido o por compr compresi) esi)n! n! se usa t%pica t%picamen mente te en la lite litera ratu tura ra t'cn t'cnic ica a para para desc descri ribi birr moto motorres mode moderrnos* nos* llam llamad ados os usua usualm lmen ente te !mot !motor ores es dies diesel el!. !. Esto Esto está está en cont contra rapo posi sici ci)n )n con con !encendido por c+ispa!* de los t%picos motores de gasolina de los autom)$iles* que operan en un ciclo deri$ado del ciclo 3tto. 6udolp+ Diesel patent) el ciclo de encendido por compresi)n que lle$a su nombre desde la d'cada de 1789. El motor motor di'sel di'sel es un mot motor or t'r t'rmic mico o que que tien tiene e comb combusti)n usti)n inter interna na alternati$a que que se prod produc uce e por por el auto autoen ence cend ndid ido o del del comb combus usti tibl ble e debido a altas temperaturas deri$adas de la compresi)n compresi)n del del aire en el inte interi rior or del del cilindro cilindro** seg:n el prin rincipio del ci cicl clo o de dell di di's 'sel el.. "e diferencia del motor de gasolina en gasolina en usar gas)leo como combustible. ;a sido uno de los más utilizados desde su creaci)n. n$entado en el año 178<* por el ingeniero alemán 6u 6udolf dolf Diesel Diesel** empleado de la &rma =>=>-** que por aquellos años ya estaba en la producci)n de motores y $e+%culos de carga rango pesado. 0n moto motorr di's di'sel el func funcio iona na medi median ante te la igni ignici ci)n )n 4enc 4encen endi dido do55 del del combustible al ser inyectado muy pul$erizado y con alta presi)n en una una cáma cámara ra 4o prec precám ámar ara* a* en el caso caso de inye inyecc cci) i)n n indi indire rect cta5 a5 de com combust busti) i)n n que que conti ontien ene e air aire a una una temp emperat eratur ura a sup superio eriorr a la temperatura de autocombusti)n* autocombusti)n * sin necesidad de c+ispa como en los motores de gasolina. Este proceso es lo que se llama la autoin?amaci)n. El combustible utilizado en los motores diesel es muy diferente al de nafta. @ste es apenas menos re&nado* lo que resulta en un l%quido Ciclo Diesel y motor Diesel
<
más pesado* $iscoso y menos $olátil. Aor estas caracter%sticas es que se suele mencionar como !aceite diesel! o !aceite de combustible!.
9!#ice
I0 C"$:t7lo 5 50 Cicl Ciclo o Dies Diesel el
1.1.De&nici)n BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB BBBBBBBB 1./. Aasos del ciclo DieselBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB BBBBB 1.<. 6endimiento en funci)n de las temperaturasBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB. 1.. 6endimiento en funci)n de lo s $ol:menesBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB..7 1.F. Comparaci)n con el ciclo 3ttoBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB..7 1..Ejercicio.. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB BBBBBBBB.8
II0
C"$:t7lo 3 30 Moto Motorr Dies Diesel el
/.1.;istoriaBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB /.1.;istoriaBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB BBBBBBBB BBBBBBBBBBBB..19 /./. #entajas y des$entajasBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB BBBBBB19 /.<. mpulso de la potenciaBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB BBBBB.19 /..>plicacionesBBBBBBBBBBBBBBBBBBB /..>plicacionesBBBBBBBBB BBBBBBBBBBBBBBBBB BBBBBBB BBBBBBBBBBBBB11 /.F.ComponentesBBBBBBB........... /.F.ComponentesBBBBBBB ..................... ..................... ..................... ..................... .................. ....... .........................11 /.F. /.F.1. 1. Aarte artesB sBBB BBBB BBBB BBBB BBBB BBBB BBBB BBBB BBBB BBBB BBBB BBBB BB BBBBBBBBBBBBBB.11 /.F./. "istema de inyecci)nBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB BBBBB1F /.F. /.F./. /.1. 1. Arecom ecombu bust sti) i)nB nBBB BBBB BBBB BBBB BBBB BBBB BBBB BBBB BBB B BBBBBBBB..1F /.F././. Combusti)n DirectaBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 1 /.F./.<. nyectorG HombaBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB B.1 /.. Arincipio de funcionamientoBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB BBBBB1 /.. La funci)n de los calentadores en el motor di'selBBBBBBBBBBBBBBBBBB1 Ciclo Diesel y motor Diesel
/.7. Desarrollo futuro del motor y el calentadorBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB.1 /.8. IC)mo funcionan los motores de di'selJ..............................................................17 /.19. Ciclo termodinámico del dieselBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB17 /.11. Construcci)n del motorBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB B./9 /.1/. Control de $elocidadBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB BBBBB/1 /.1<. >rranque de un di'selBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB BB./1 /.1. Com Compara paracci)n i)n ent entre los los motor otore es de gas gasolina lina y DieselBBBBBBBBBBBBBBB/1 /.1F. Diferencias entre motor a gasolina y DieselBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB.// /.1. Comparaci)n entre motor ciclo 3tto y DieselBBBBBBBBBBBBBBBBBBB.// /.1. /.1. Combus Combustib tible le di'selBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB BBBB/<
III0 IV0 V0
Co!cl7sio!esBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBB/ A!e;osBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB BBBBBBBBBBBBBB../ ,i
Ciclo Diesel 50 De=! De=!ic ici8 i8! !
0n ciclo Di'sel ideal es un modelo simpli&cado de lo que ocurre en un motor di'sel. En un motor de esta clase* a diferencia de lo que ocurre en un motor de gasolina la gasolina la combusti)n no se produce por la ignici)n de una c+ispa en el interior de la cámara. En su lugar* apro$ec+ando las propiedades qu%micas del gas)leo* el aire es comprimido +asta una temperatura superior a la de autoignici)n del gas)leo y el combustible es inyectado a presi)n en este aire caliente* produci'ndose la combusti)n de la mezcla. Auesto que s)lo se comprime aire* la relaci)n de compresi)n 4cociente entre el $olumen en el punto más bajo y el más alto del pist)n5 puede ser muc+o más alta que la de un motor de gasolina 4que tiene un l%mite* por ser indeseable la autoignici)n de la mezcla5. La relaci)n de compresi)n de un motor di'sel puede oscilar entre 1/ y /* mientras que el de gasolina puede rondar un $alor de 7.
30 "sos "sos #el ciclo Diesel Diesel
Aara modelar el comportamiento del motor di'sel se considera un ciclo Diesel de seis pasos* dos de los cuales se anulan mutuamenteK Ciclo Diesel y motor Diesel
F
A#misi8! E>A El pist)n baja con la $ál$ula de admisi)n abierta* aumentando la cantidad de aire en la cámara. Esto se modela como una epansi)n a presi)n constante 4ya que al estar la $ál$ula abierta la presi)n es igual a la eterior5. En el diagrama A# aparece como una recta +orizontal. Com$resi8! A>, El pist)n sube comprimiendo el aire. Dada la $elocidad del proceso se supone que el aire no tiene posibilidad de intercambiar calor con el ambiente* por lo que el proceso es adiabático. "e modela como la cur$a adiabática reversible >H* aunque en realidad no lo es por la presencia de factores irre$ersibles como la fricci)n. Com<7sti8! ,>C 0n poco poco antes ntes de que el pist pist)n )n lle llegue gue a su punt punto o más alto lto y cont continu inuan ando do +ast +asta a un poco poco desp despu' u'ss de que que empi empiec ece e a baja bajar* r* el inyector introduce el combustible en la cámara. >l ser de mayor duraci)n que la combusti)n en el ciclo 3tto* este paso se modela como una adici)n de calor a presi)n constante. @ste es el :nico paso en el que el ciclo Diesel se diferencia del 3tto. E;$"!si8! C>D La alta temperatura del gas empuja al pist)n +acia abajo* realizando trab trabaj ajo o sobr sobre e 'l. 'l. De nue$ nue$o* o* por por ser ser un proc proces eso o muy muy rápi rápido do se aproima por una cur$a adiabática re$ersible. Esc"$e D>A y A>E "e abre la $ál$ula de escape y el gas sale al eterior* empujado por el pist)n a una temperatura mayor que la inicial* siendo sustituido por la misma cantidad de mezcla fr%a en la siguiente admisi)n. El sistema es realmente abierto* pues pues int interca ercamb mbia ia masa con el eter terior ior. -o obstante* dado que la cantidad de aire que sale y la que entra es la misma misma podem podemos* os* para para el balanc balance e energ energ'ti 'tico* co* supone suponerr que es el mismo aire* que se +a enfriado. Este enfriamiento ocurre en dos fases. Cuando el pist)n está en su punto más bajo* el $olumen permanece aproimadamente constante y tenemos la is)cora D>. Cuando el pist)n empuja el aire +acia el eterior* con la $ál$ula abierta* empleamos empleamos la isobara >E* cerrando el ciclo.
En total* el ciclo se compone de dos subidas y dos bajadas del pist)n* raz)n por la que es un ciclo de cuatro tiempos* aunque este nombre se suele reser$ar para los motores de gasolina.
Ciclo Diesel y motor Diesel
?0 Re!#imie!to e! .7!ci8! #e l"s tem$er"t7r"s tem$er"t7r"s 0n ciclo di'sel contiene dos proceso adiabáticos* > →H y C →D* en los que no se intercambia calor. De los otros dos* en el calentamiento a presi)n constante H→C* el gas recibe una cantidad de calor | Qc | del eterior igual a En el enfr enfria iami mien ento to a $olum $olumen en cons consta tant nte e D→> el sist sistem ema a cede cede una una cantidad de calor al ambiente El rendimiento del ciclo será entonces
con γ = c p / cV la la proporci)n entre las capacidades calor%&cas.
@0 Re!#imie! Re!#imie!to to e! .7!ci8! .7!ci8! #e los ol2me! ol2me!es es
La epresi)n anterior requiere conocer las cuatro temperaturas de los $'rt 'rtices ices del del cicl ciclo o. Auede sim simpli&c li&ca arse tenie eniend ndo o en cue cuenta nta las las caracter%sticas caracter%sticas de cada uno de los procesos que lo componen. >s% tenemos* para la compresi)n adiabática >H que* teniendo en cuenta la relaci)n de compresi)n* podemos reescribir como
Aara la epansi)n a presi)n constante* aplicando la ecuaci)n de estado de los gases ideales
ntroduciendo a+ora la relaci)n r c V C 2 V B obtenemos Ciclo Diesel y motor Diesel
Aor :ltimo* para la temperatura en D aplicamos de nue$o la ley de Aoisson y el que el enfriamiento es a $olumen constanteK
=ultiplica =ultiplicando ndo y di$idiendo di$idiendo por V B y aplicando el $alor de la temperatura en C
Combinado estos resultados nos queda
"ustituyendo esto en la epresi)n del rendimiento obtenemos &nalmente
B0
Com$"r"ci8! i8! co! el ciclo clo Otto
"eg:n indicamos en la introducci)n* el ciclo Diesel ideal se distingue del 3tto ideal en la fase de combusti)n* que en el ciclo 3tto se supone a $olu $olume men n cons consta tant nte e y en el Dies Diesel el a pres presi) i)n n cons consta tant nte. e. Aor ello ello el rendimiento es diferente. "i escribimos el rendimiento de un ciclo Diesel en la forma
#emos que la e&ciencia de un ciclo Diesel se diferencia de la de un ciclo 3tto por el factor entre par'ntesis. Este factor siempre mayor que la unidad* por ello* para iguales razones de compresi)n r
. 0Eercicio%
,ermodinám ,ermodinámica ica para ingenieros M "c+aumK =erle C. Aotter* Aotter* Craig N. "omerton Cap%tulo 8K Ciclos de potencia y refrigeraci)n refrigeraci)n de gas 4pág. /1 G/15
Motor #isel 50 -ist -istor ori" i" El motor di'sel fue in$entado en el año 178<* por el ingeniero alemán alemán 6udolf Diesel** empleado de la &rma =>Diesel =>-** que por aquellos años ya estaba en la producci)n de motores y $e+%culos de carga rango pesado. 6udolf Diesel estudiaba los motores motores de de alto rendimient rendimiento o t'rmico t'rmico** con el uso de combus combustib tibles les alter alterna nati$ ti$os os en los motor motores es de combu combusti)n sti)n inter interna na.. "u in$e in$ent nto o le cost cost) ) muy muy car caro* por por culpa culpa de un acci accide dent nte e que que le pro$ pro$oc oc) )
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lesiones a 'l y a sus colaboradores y que casi le cost) la $ida a causa de la eplosi)n de uno de sus motores eperimentales. Dura Durant nte e años años Dies Diesel el trab trabaj aj) ) para para pode poderr util utiliz izar ar otro otross comb combus usti tibl bles es diferentes a la gasolina gasolina** basados en principios de los motores de compresi)n compresi)n sin ignici)n por c+ispa* cuyos or%genes se remontan remontan a la máquina de $apor y $apor y que poseen una mayor prestaci)n. >s% fue como a &nales del siglo XX* XX* en el año 178* =>- produjo el primer motor conforme a los estudios de 6udolf Diesel* encontrando para su funcionamiento* un combustible poco $olátil* que por aquellos años era muy utilizado* el llamado aceite li$iano* más conocido como fuel oil que oil que se utilizaba para alumbrar las lámparas de la calle.
30 Ve!t""s e!t""s y #ese!t" #ese!t""s "s
Comparados con los motores a gasolina* la principal $entaja de los motores di'sel es su bajo costo de operaci)n* debido al precio del combustible que necesi necesita ta para para funcio funcionar nar 4DE" 4DE"EL EL /5. Eiste Eiste una creci crecient ente e deman demanda da del mercado por motores de este tipo* especialmente en el área de turismo 4desde la d'cada de 1889* en muc+os pa%ses europeos ya supera la mitad5. >ctualmente en los $e+%culos pequeños se está utilizando el sistema common-rail. Este Este sist sistem ema a brind brinda a una una gran gran $ent $entaj aja* a* ya que que se consigue un menor consumo de combustible* mejorando las prestaciones del mismo( menor ruido 4caracter%stico de estos motores5 y una menor emisi)n de gases contaminantes contaminantes.. Las Las des$ des$en enta taja jass inic inicia iale less de esto estoss moto motorres 4pri 4princ ncip ipal alme ment nte e $alor $alor de adquisici)n* costos de mantenimiento* ruido y menos prestaciones5 prestaciones5 se están reduciendo debido a mejoras tecnol)gicas que se +an +ec+o con el tiempo* en su diseño original sobre todo en inyecci)n electr)nica de electr)nica de combustible combustible y mejoras en sistema de alimentaci)n de aire forzado con accesorios como el turbocompresor turbocompresor.. El uso de una precámara para los motores de autom)$iles* se consiguen prestaciones semejantes a las de los motores de gasolina* pero se presenta el incon$eniente de incremento del consumo de combustible* con lo que la principal $entaja de estos motores prácticamente desaparece. desaparece. Durante los :ltimos años el precio del combustible +a superado a la gasolina com:n por al aumento de la demanda. Este +ec+o +a generado quejas de los consumidores de gas)leo* como es el caso de transportistas** agricultores transportistas agricultores o o pescadores pescadores..
?0 Im$ Im$7lso 7lso #e l" $ote! $ote!ci" ci"
El princ princip ipal al inco incon$ n$en enie ient nte e del del auto auto dies diesel el es su bajo bajo rendi endimi mien ento to en comparaci)n a los motores a nafta de id'ntica capacidad. 0na forma de e$itar el problema es aumentando el tamaño del motor* aunque esto implica un incremento incremento signi&cati$o del peso. >lgunos fabricantes añaden turbocompresores a sus motores para +acerlos comp compet etit iti$ i$os os en t'r t'rmino minoss de rendi endimi mien ento to.. Los fabr fabric ican ante tess de 6o$er o$er** =ercedes* =ercedes* >udi y #N son algunos de los que producen turbodiesel. turbodiesel.
@0 A$li A$lic" c"ci cio! o!es es • •
=aquinaria agr%cola de cuatro tiempos 4tractores 4 tractores** cosec+adoras cosec+adoras55 Aropulsi)n ferro$iaria ferro$iaria /, /,
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Aropulsi)n Aropulsi)n marina de cuatro tiempos +asta una cierta potencia* a partir de a+% dos tiempos #e+%culos de propulsi)n a oruga >utom)$iles y camiones 4cuatro tiempos5 Orupos Orupos generado generadore ress de energ%a energ%a el'ctrica el'ctrica 4centra 4centrales les el'ctrica el'ctricass y de emergencia5 >ccionamiento industrial 4bombas* compresores* etc.* especialmente de emergencia5 Aropulsi)n a'rea
B0 Com$ Com$o! o!e! e!te tes s B050 "rtes
Los principales partes de un motor di'sel son El
•
El ci/eH"l% Es el comp compon onen ente te mecá mecáni nico co que que camb cambia ia el mo$i mo$imi mien ento to alternati$o de las bielas en mo$imiento rotati$o. Está montado en el bloqu bloque e en los los cojin cojinet etes es princ principa ipale less los los cual cuales es está están n lubricados. El cigPeñal se puede considerar como una serie de pequeñas mani$elas* una por cada pist)n. El radio del cigPeñal determina determina la distancia que la biela y el pist)n puede mo$erse.
L" C7l"t"
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Es el elemento del motor que cierra los cilindros por la parte superior. "ir$e de soporte para otros elementos del motor como sonK #ál$ulas* balancines* inyectores* etc. Lle$a los ori&cios de los tornillos de apriete entre la culata y el bloque* además de los de entrada de aire por las $ál$ulas de admisi)n* salida de gases por las $ál$ulas de escape* entrada de combustible por los inyectores* paso de $arillas de empujadores del árbol de balancines* pasos de agua entre el bloque y la culata para refrigerar* etc.
L"s l7l"s Las Las $ál$ $ál$ul ulas as abr abren y cier cierra ran n las las lumb lumbrreras eras de admi admisi si)n )n y escape en el momento oportuno de cada ciclo. La de admisi)n suele ser de mayor tamaño que la de escape.
El r
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E!/r"!"es #e #istri<7ci8! Conduce los accesorios y mantienen la rotaci)n del cigPeñal* árbol árbol de le$as le$as** eje de le$a le$a de la bomba bomba de inyecc inyecci)n* i)n* ejes ejes compensadores en la relaci)n correcta de desmultiplicaci)n. El engranaje del cigPeñal es el engranaje motriz para todos los demás que componen el tren de distribuci)n.
,om<" #e "ceite Está localizada en el fondo del motor en el cárter del aceite. "u misi)n misi)n es bombea bombearr aceit aceite e para para lubric lubricar ar cojine cojinete tess y partes partes m)$iles del motor.
,om<" #e "/7" Es la encargada de +acer circular el refrigerante a tra$'s del bloque del motor* culata* radiador etc.
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ist8! "e trata de un 'mbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilind cilindro ro media mediante nte aros aros ?e ?eib ibles les llama llamados dos segmentos o anillos. Efect:a un mo$imiento alternati$o* obligando al ?uido que que ocup ocupa a el cilin cilindr dro o a modi modi&c &car ar su pres presi) i)n n y $olu $olume men n o transformando en mo$imiento el cambio de presi)n y $olumen del ?uido.
,iel" "e denomina biela a un elemento mecánico que sometido a esfuerzos de tracci)n o compresi)n* transmite el mo$imiento articulando a otras partes de la máquina. En un motor de combusti)n interna conectan el pist)n al cigPeñal.
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Cili!#ro o c"mis" El cilindr cilindro o de un motor es el recinto por donde se desplaza desplaza un pist)n. En los moto motorres tale taless como como los los utili utiliza zados dos en los los $e+%c $e+%culo uloss automotores* automotores* all% se realiza realiza la eplosi)n del del combustible* es el origen de la fuerza mecánica del motor que se transforma luego en mo$imiento del $e+%culo.
Los coi!etes Elementos mecánicos que permiten el libre mo$imiento entre piez piezas as &jas &jas y m)$i m)$ile les. s. Los coji cojine nete tess de antif ntifrricci icci)n )n son son esenciales para la maquinariaK sostienen o gu%an sus piezas m)$iles y reducen al m%nimo la fricci)n y el desgaste.
T7r
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B030 Sistem" #e #e i!yecci8!0 En un motor diesel el sistema de inyecci)n es el encargado de dosi&car y dar presi)n al combustible para que llegue a los cilindros en la mejor situaci)n para ser pul$erizado dentro del cilindro. ;ay tres sistemas de inyecci)n en los motores dieselK Arecombusti)n* inyecci)n directa e inyectorGbomba. B03050 recom<7sti8!0 "e utiliza una bomba de inyecci)n clásica que contiene realmente unos unos piston pistones es que impuls impulsan an el combus combustib tible le de cada cada cilind cilindro ro por separado* este sale por tuber%as separadas para cada uno de los cilindros* donde entra en unas toberas con un agujero en la punta donde sale el combustible pul$erizado a una precámara montada en la culata* donde se inicia la combusti)n que luego sale al cilindro impu impuls lsad ada a por por su prop propio io calo calorr. ;ay ;ay buj% buj%as as inca incand ndes esce cent ntes es o calentadores calentadores montadas en las precámaras que sir$en para calentar el aire y fa$orecer el arranque del motor.
B03030 I!yecci8! #i #irect"0 Qunciona de la misma manera que el anterior con la :nica diferencia que no eist eisten en las precá precáma maras ras** es decir decir el inyect inyector or pul$e pul$eriz riza a el combustible directamente en el cilindro que tiene un rebaje especial en su cabeza que fa$orece fa$orece la mezcla del aireGcombustible. La $entaja de este sistema sobre el anterior es que consume un poco menos menos de combus combustib tible* le* no neces necesita ita buj%as buj%as de preca precalen lenta tamie miento nto** puesto que arranca fácilmente. Desde el punto de $ista de fabricaci)n tiene tambi'n la $entaja de que es más fácil de construir el motor.
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B030?0 I!yector1,om<"0 Este sistema es el más moderno que se utiliza en la actualidad. -o necesita lle$ar tuber%as de alta presi)n a los inyectores* inyectores* con lo que se cons consig igue ue que que las las pres presio ione ness de inye inyecc cci)n i)n se pued puedan an aume aument ntar ar drás drásti tica came ment nte* e* esto esto redun edunda da en una una mejor ejor pul$ pul$er eriz izac aci) i)n n del del combustible y un mayor rendimiento del mismo.
Commo!1R"il0 Este sistema tan de moda +oy en d%a consiste en una bomba de inyecc inyecci)n i)n que sumini suministr stra a combus combustib tible le a una tuber tuber%a %a com:n com:n para todos los inyectores. La bomba de inyecci)n no tiene internamente internamente $arias bombas indi$iduales* sino una sola. •
60 ri!ci$io ri!ci$io #e .7!cio .7!cio!"mi !"mie!to e!to
0n motor di'sel funciona mediante la ignici)n 4encendido5 del combustible al ser inyectado muy pul$erizado y con alta presi)n en una cámara 4o precámara* en el caso de inyecci)n indirecta5 de combusti)n que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de autocombusti)n* autocombusti)n* sin necesidad de c+ispa como en los motores de gasolina. Este proceso es lo que se llama la autoin?amaci)n. La temperatura que inicia la combusti)n procede de la ele$aci)n de la tem temper peratur atura a que que se produc oduce e en el segun egundo do tiemp iempo o del del motor otor** la compresi)n. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de combusti)n a gran presi)n desde unos ori&cios muy pequeños que tiene combusti)n el inyector de for forma que que se atom atomiz iza a y se mezcla zcla con con el aire ire a alta lta temperatura 4entre 99 y 899 RC5 y alta presi)n. Como resultado* la mezcla se in?a in?ama ma muy muy rápi rápida dame ment nte. e. Esta Esta comb combus usti ti)n )n ocas ocasio iona na que que el gas gas contenido en la cámara se epanda* impulsando el pist)n pist)n +acia +acia fuera. Esta epansi)n* a diferencia del motor de gasolina es adiabática adiabática generando generando un mo$imiento rectil%neo a tra$'s de la carrera del pist)n. La biela biela transmite transmite este este mo$i mo$imi mie ento nto al cigPeñal cigPeñal** al que +ace girar* transformando el
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mo$imiento rectil%neo alternati$o 4de $a y $iene* ida y $uelta5 del pist)n en un mo$imiento de rotaci)n. Aara que que se prod produz uzca ca la auto autoin in?a ?ama maci ci)n )n es nece necesa sari rio o alca alcanz nza ar la temperatura de in?amaci)n espontánea del di'sel. En fr%o es necesario preG calentar el diesel o emplear combustibles más pesados que los empleados en el mo moto torr de ga gaso solin lina a* emple pleándos ndose e la fra fracci)n ci)n de dest destilaci ilaci)n )n del petr)leo ?uctuando entre los //9 RC y
0 L" .7!ci8! .7!ci8! #e los c"le!t"#or c"le!t"#ores es e! el motor #isel #isel
El calentador funciona básicamente como un calentador de inmersi)nK la ener energ% g%a a el'c el'ctr tric ica a es cond conduc ucid ida a por por una una resis esiste tenc ncia ia en espir espiral al** que que se calienta +asta alcanzar una temperatura muy ele$ada 4+asta 1999 RC5. Este Este simp simple le prin princi cipi pio o pro$ pro$oc oca a en la prác prácti tica ca** sin sin emba embarrgo* go* cier cierta tass di&c di&cul ulta tade dess en relac elaci) i)n n con con la $ida ida :til :til** la prot protec eccci)n i)n cont contra ra el sobrecalentamiento y la corriente absorbida. En los años 9 los procesos de arranque a:n duraban +asta <9 segundos por este moti$o. En los años 79 este este tiem tiempo po de arra arranq nque ue ya se pudo pudo reduc educir ir a
J0 Des"rrollo Des"rrollo .7t7ro .7t7ro #el #el motor y el c"le!t"# c"le!t"#or or
> pesar de tales a$ances* la e$oluci)n no +a llegado en absoluto a su &n. "e necesitan calentadores residuales. Los calentadores deberán ponerse en funcio funciona namie miento nto no s)lo s)lo durant durante e el proce proceso so de arran arranque que** sino sino tambi' tambi'n* n* dependiendo de la temperatura* durante < minutos como máimo en la fase de calentamiento. Este es el :nico modo de garantizar desde el principio un ciclo alto y bajas emisiones* por lo que la $ida :til de los calentadores deberá ser mayor. Aor otra parte en el futuro se emplearán motores di'sel de baja compresi)n que* como consecuencia de una carga fuerte alcancen un alto rendimiento manteniendo al mismo tiempo las emisiones en un ni$el reducido. Estos diseño diseñoss prese presenta ntan* n* sin embar embargo* go* un compor comportam tamien iento to de arra arranqu nque e malo malo debido a la construcci)n del motor. motor. Los calentadores de alta temperatura de cerám cerámica ica ofrece ofrecen n cierta ciertass $enta $entajas jas en este este sentid sentido o porque porque se calien calienta tan n considerablemente más que las de metal y duran más. Oracias a la a$anzada tecnolog%a de los calentadores en el futuro apenas +abrá diferencia entre entre el arranque de un motor de gasolina o di'sel.
K0 C8mo C8mo .7!cio!"! .7!cio!"! los motor motores es #e #isel #isel
0n motor diesel funciona de forma diferente a uno de gasolina* a pesar de compar compartir tir compon component entes es princi principal pales es y ambos ambos funcio funciona narr con un ciclo ciclo de cuatro tiempos. Las principales diferencias diferencias son el encendido del combustible y la regulaci)n de la potencia de salida. En un motor a nafta* la mezcla de combustible2aire se enciende con una c+ispa. En un motor diesel* el encendido se consigue simplemente por medio de la compresi)n de aire. 0na relaci)n de compresi)n t%pica para un motor diesel es de /9K1 y para un motor de gasolina 8K1. Las compresiones tan grandes com como 'sta cal calien ientan el aire ire a una temperatura lo su&c su&cie ient ntem emen ente te alta alta como como para para ence encend nder er el comb combus usti tibl ble e de for forma
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espontánea* sin necesidad de una c+ispa y por lo tanto de un sistema de encendido. 0n motor a nafta se basa en cantidades $ariables de aire para el ciclo de aspiraci)n* la cantidad eacta depende de la apertura del acelerador. 0n motor diesel* por otro lado* siempre atrae la misma cantidad de aire 4en cada una de las $elocidades5 a tra$'s de un conducto de admisi)n sin a+ogo. @ste :nicamente se abre y cierra por medio de la $ál$ula de entrada 4no +ay ni un carburador ni una $ál$ula de mariposa5. Cuando el pist)n llega al &nal de su golpe de inducci)n* la $ál$ula de entrada se cierra. cierra. El pist)n* pi st)n* mo$ido por la potencia de los otros pistones y el impulso del $olante de inercia 4$olante motor5* se desplaza a la parte superior del cilindro* comprimiendo el aire a una $ig'sima parte de su $olumen original. > medida que el pist)n alcanza la parte superior de su recorrido* una cantidad precisa y dosi&cada de combustible diesel se inyecta en la cámara de com combus busti)n ti)n.. El calo calorr de la compr ompre esi)n i)n encie nciend nde e la mezc ezcla de combustible2aire de manera inmediata* +aciendo que se queme y epanda. Esto fuerza al pist)n a ir +acia abajo* girando al cigPeñal. > medida que el pist)n mue$e el cilindro +acia arriba en el ciclo de escape* la $ál$ $ál$ul ula a de esca escape pe se abr abre y per permite mite que que los los gase gasess quem quemad ados os y epandidos salgan por el caño de escape. >l &nal del ciclo de escape el cilindro está pronto para una carga fresca de aire
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Cicl Ciclo o ter termo mo#i #i! !mi mico co #el #el #ie #iese sell
>dmisi)n > medida que el pist)n comienza a mo$erse +acia abajo del ori&cio* la $ál$ula de entrada se abre y el aire es aspirado.
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Compresi)n La $ál$ula de entrada se cierra en la parte inferior del golpe. El pist)n se ele$a para comprimir el aire.
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Encendido El combustible se roc%a en la parte superior del golpe* encendiendo al pist)n y forzándolo a descender.
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Escape En el desplazamiento +acia arriba del pist)n* la $ál$ula de escape se abre y el gas quemado se epulsa.
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550 Co!str7cci8!
#el motor
Los componentes principales de un motor diesel se parecen a los de un motor de gasolina 4cumplen las mismas funciones5. "in embargo* las piezas del motor diesel tienen que ser fabricadas con mayor resistencia que las del motor a nafta. De esta manera podrán soportar las cargas mayores que +ay implicadas. Las paredes del bloque de un motor diesel son muc+o más gruesas que las de un bloque diseñado para un motor a gasolina. ,i ,ienen más refuerzos que proporcionan resistencia adicional y absorben las tensiones. >demás de ser más fuerte* el bloque de alta resistencia tambi'n puede reducir el ruido de manera más efecti$a. Los pistones* bielas* cigPeñales y tapas de rulemanes tienen que ser fabricados con mayor resistencia que sus contrapartes para el motor a nafta. El diseño de la culata tiene que ser muy diferente debido a los inyectores de combustible* la forma de su combusti)n y las cámaras de turbulencia.
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530 Co!tro !troll #e #e e eloci loci# #"#
El motor diesel no se acelera como el de gasolina. La cantidad de aire aspirado Gmás allá de la $elocidadG es siempre la misma. La $elocidad del motor se regula eclusi$amente por medio de la cantidad de combustible lanzado a la cámara de combusti)n. Cuanto más combustible +aya en la cámara* la combusti)n será más feroz y más potencia se producirá. El pedal del acelerador está conectado a la unidad de medici)n del sistema de inyecci)n del motor* en $ez de a la mariposa del acelerador como sucede en el motor a nafta. La detenci)n de un diesel implica desconectar la lla$e de !encendido!* pero en lugar de cortar las c+ispas* esto cierra un solenoide el'ctrico que corta el sumi suminis nistr tro o de comb combus usti tibl ble e en la bomb bomba a de inye inyecc cci) i)n n de la unid unidad ad de medici)n y distribuci)n de combustible. El motor s)lo tiene que utilizar una pequ pequeñ eña a cant cantid idad ad de comb combus usti tibl ble e ante antess de dete detene ners rse. e. De +ec+ +ec+o* o* los los motores diesel descansan más rápido que los motores a nafta debido a su mayor compresi)n* la cual pro$oca un efecto más grande al detener el motor.
5?0 Arr" rr"!7e #e 7! 7! #i #is sel
>l igual que los motores a nafta* los motores diesel arrancan por medio de un motor el'ctrico* que comienza el ciclo de encendido por compresi)n. Cuando el clima es fr%o* sin embargo* es dif%cil arrancar un motor diesel porque la compresi)n i)n del aire no conduce a una temperatura su&cientemente su&cientemente alta como para encender el combustible. Aara solucionar este problem lema* los fabricantes colocan buj%as %as incandescentes. "e trata de pequeños calentadores el'ctricos* alimentados por la bater%a del auto* que se encienden unos segundos antes de intentar arrancar el motor.
5@0 Com$ Com$"r" "r"ci8 ci8! ! e!tre e!tre los los moto motores res #e #e /"sol /"soli!" i!" y Diesel Diesel
El mayor problema en los motores de encendido por c+ispa es e$itar que se produ produzca zca autode autodeton tonac aci)n i)n por compr compresi esi)n. )n. Aor su parte parte en los motor motores es diesel diesel se procura procura pro$ocarla pro$ocarla anticipadame anticipadamente. nte. Aor ello en los motores motores de gasolina la relaci)n de compresi)n no debe sobrepasar ciertos $alores 47K15* mien mientr tras as que que en los los moto motorres dies diesel el se alca alcanz nzan an $alo $alorres muc+ muc+o o más más ele$ados* de +asta //K1* para garantizar un arranque satisfactorio. Debido a que los motores diesel alcanzan estos $alores de presi)n tan ele$ados* son más pesados* más más robustos y de mayores mayores dimensiones dimensiones que los de gasolina. gasolina. Ello +ace que su $ida media sea signi&ca signi&cati$a ti$ament mente e más larga* aunque tambi'n son más caros. Los motores diesel precisan una mayor cantidad de aire en la combusti)n* para para comp compen ensa sarr posi posibl bles es mala malass cond condic icio ione ness de la mezc mezcla la** sien siendo do la combusti)n muc+o mejor* dentro de ciertos l%mites* cuanto mayor es el eceso de aire. Aor esta raz)n no es necesario regular en ellos la entrada de aire al modi&car modi&car el r'gimen r'gimen del motor y su carga. carga. Cuando se necesita $ariar el r'gimen de carga se act:a solamente sobre la cantidad de combustible que se inyecta* por lo que se tiene la $entaja de que para cargas bajas* al no tener $ál$ula mariposa* se disminuye la resistencia a la entrada de aire* lo que se mejora el rendimiento rendimiento al disminuir las l as p'rdidas por bombeo. Aor todo todo esto esto los los moto motorres dies diesel el prop propor orcio ciona nan n un par par prác prácti tica came ment nte e constante para casi cualquier r'gimen de $elocidad de giro* dando lugar a una cur$a caracter%stica de par prácticamente plana. Debi De bido do a que que alca alcanz nzan an ele$ ele$ad ados os $alo $alorres de pres presi) i)n n y al m'to m'todo do de intro introduc ducci) ci)n n de combus combustib tible le en el cilind cilindro ro** los motor motores es diese diesell son más más Ciclo Diesel y motor Diesel
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ruid ruidos osos os que que los los moto motorres de gaso gasoli lina na** prod produc ucie iend ndo o un soni sonido do muy caracter%stico. Los motores diesel presentan un rendimiento t'rmico muc+o más ele$ado que los de gasolina.
5B0 Di.ere Di.ere!ci !ci"s "s e!tre e!tre motor motor " /"s /"soli oli!" !" y Dies Diesel el •
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0n motor a gasolina succiona una mezcla de gas y aire* los comprime y enciende la mezcla con una c+ispa. 0n motor diesel s)lo succiona aire* ire* lo comp compri rime me y ento entonc nces es le inye inyect cta a comb combus usti tibl ble e al air aire comprimido 4no tiene buj%a5. EL calor del aire comprimido enciende el combustible espontáneamente. espontáneamente. 0n moto motorr dies diesel el util utiliz iza a muc+ muc+a a más más comp comprresi) esi)n n que que un moto motorr a gasolina. La alta compresi)n se traduce en mejor e&ciencia. Los motores diesel utilizan inyecci)n de combustible directa* en la cual el combustible diesel es inyectado directamente al cilindro. Los motores a gasolina generalmente utilizan carburaci)n en la que el aire y el combustible son mezclados un tiempo antes de que entre al cilin ilindr dro* o* o iny inyecci ecci)n )n de com combust bustib ible le de pue puerto en la que que el combustible es inyectado a la $ál$ula de succi)n 4fuera del cilindro5.
560 Com$ Com$"r" "r"ci8 ci8! ! e!tre e!tre los moto motores res ciclo ciclo Otto Otto y Diese Diesell Es +abitual +abitual en ambos ambos tipos de motores motores apro$ec+a apro$ec+arr la energ%a que que poseen los gases cuando salen por el tubo de escape. Este gas se utiliza para arrastrar una turbina que mue$e un compresor* de este modo se introduce aire comprimido en la cámara de combusti)n* aumentando la cantidad de comburente en el interior del cilindro* y que de este modo la combusti)n sea más rica. "on los motores turboalimentados. En el esquema tienes el caso de un motor de cilindros. 3bser$a como el colector de escape tiene salidas separadas para los cilindros 1 y * por una parte* y para los cilindros / y < por otra. De esta manera no ocurre nunca que las $ál$ulas de escape de dos cilindros que comparten el canal en el colector de escape están abie abierta rtass simul simultá táne neam amen ente te.. Cuan Cuando do uno uno de los los cili cilind ndro ross +ace +ace la carretera de escape* su pareja +ace la compresi)n.
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El n:mero de cilindros en un motor suele ser cuatro 4o al menos /5. Con esto se pretende que cada uno de ellos se encuentre en un tiempo diferente durante cada media $uelta. El posicionamiento de los cilindros sobre el cigPeñal puede ser muy $ariado.
50 Com<7st 7sti
El combustible utilizado en los motores diesel es muy diferente al de nafta. @ste es apenas menos re&nado* lo que resulta en un l%quido más pesado* $iscoso y menos $olátil. Aor estas caracter%sticas es que se suele mencionar como !aceite diesel! o !aceite de combustible!. En algunos surtidores diesel* en las las esta estaci cion ones es de ser$ ser$ic icio io** se indic indica a como como !der !der$! $!** abr abre$ia e$iatu tura ra de $e+%culos de motor diesel en ingl's 4dieselGengined road $e+icles5. El combustible diesel se puede endurecer o solidi&car en un clima muy fr%o. Esto se $e agra$ado por el +ec+o de que 'ste puede absorber pequeñas cantidades de agua* las cuales se pueden congelar. ,odos los combustibles absorben pequeñas cantidades de agua de la atm)sfera y las fugas en los tanque tanquess de almace almacenam namien iento to subter subterrá ráneo neoss es algo algo bastan bastante te com:n. com:n. El combustible diesel puede soportar un contenido de agua de +asta F9 o 9 partes por mill)n sin problema. Esta es una cuarta parte de una taza llena de agua por cada <7 litros de combustible. Cual Cualqu quie ierr soli solidi di&c &cac aci) i)n n o !enc !encer erad ado! o! pued puede e bloq bloque uea ar las las l%ne l%neas as de combustible e inyectores* e$itando el funcionamiento del motor. Aor este moti$o es que* en un clima muy fr%o* de $ez en cuando se puede $er a la gente pasarle con un soplete a las l%neas de combustible de sus $e+%culos. De forma pre$enti$a puede utilizar un aditi$o en el tanque de combustible* aunq aunque ue la mayo mayor% r%a a de los los comb combus usti tibl bles es dies diesel el ya tie tienen nen un adit aditi$ i$o o incorporado y no tienen ning:n problema en temperaturas superiores a los 1/RC.
III0 Co!cl7sio!es
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El ciclo Diesel tiene menor rendimiento respecto al ciclo 3tto El ciclo Diesel se distingue del 3tto ideal en la fase de combusti)n* que en el 3tto es a $olumen constante y en el Diesel es a presi)n constante. El +ombre siempre +a necesitado ir e$olucionando y junto con 'l con sus creaciones. Desde el año 17/ +asta la fec+a* los motores +an presentado una $ariaci)n notable o por qu' no decirlo una Ciclo Diesel y motor Diesel
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gran e$oluci)n* $emos que el primer motor construido consum%a grande cantidades de combustible* en cambio a+ora son cada $ez más poderosos y econ)micos
IV0 A!e;os Vi#eos TEl ciclo diesel 4cuatro 4cuatro tiempos5UK tiempos5UK +ttpsK22VVV.youtube.com2Va +ttpsK22VVV.youtube.com2Vatc+J tc+J $$X-WDqW#t9 TAartes principales del motorUK +ttpsK22VVV.youtube.com2Vatc+J $boNWEWfad TQuncionamiento TQuncionamiento motor dieselUK +ttpsK22VVV.youtube.com2Va +ttpsK22VVV.youtube.com2Vatc+J tc+J $m0$pufureEg TEl ciclo de los tiempos en motor dieselUK +ttpsK22VVV.youtube.com2Vatc+J$lXVDHfVfbaY
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+ttpK22laplace.us.es2ViYi2inde. +ttpK22laplace.us.es2ViYi2inde.p+p2CicloZDiesel p+p2CicloZDiesel +ttpK22eriberaZbo.tripod.com2cicloZdiesel.+tml +ttpsK22es.ViYipedia.org2ViYi2= +ttpsK22es.ViYipedia.org2ViYi2=otorZdi[C<[>8s otorZdi[C<[>8sel el +ttpK22mecanicadieselli$e.blogspot.pe2p2t +ttpK22mecanicadieselli$e.blogspot.pe2p2tetos.+tml etos.+tml +ttpK22contenidoGdelGblog.blogspot.pe2/919292partesG principales.+tml +ttpK22VVV.monogra&as.com2trabajos192motorGdiesel2motorG diesel.s+tml +ttpK22+tml.rincondel$ago.com2motor +ttpK22+tml.rincondel$ago.com2motoresZ1.+tml esZ1.+tml +ttpsK22prezi.com2clfsanrmnjr2cicloGdiesel2
LibroK •
,ermodinám ,ermodinámica ica para ingenieros M "c+aumK =erle C. Aotter* Aotter* Craig N. "omerton Cap%tulo 8K Ciclos de potencia y refrigeraci)n de gas 4pág. /1 G/15
Ciclo Diesel y motor Diesel
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Ciclo Diesel y motor Diesel
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