El Diesel (también conocido como gasóleo o gasoil) es un líquido compuesto por parafinas que principalmente se utiliza como combustible en motores diesel.
El ciclo diesel es un ciclo termodinámico de este fluido que explica de forma teórica el funcionamiento de un motor Diesel a través de un conjunto de procesos o fases. Fue creado en el año 1892 por el ingeniero de origen germánico Rudolf Diesel, que tiempo después construyó el primer motor de encendido de compresión en 1897.
Por otra parte, el ciclo de diesel no cuenta con una explicación sobre cómo se renueva la carga y en el enunciado se atribuye el uso de un gas perfecto como fluido termodinámico. Por ello solo sirve como modelo simplificado para entender cómo se comporta un motor de este tipo.
El motor diésel se clasifica como un motor térmico de combustión interna y su vez se considera como “alternativo”. Este no genera la combustión a través de una chispa (como en el caso del ciclo Otto), sino que utiliza el aire comprimido en el cilindro para elevar la temperatura lo suficiente y que así el gasóleo inyectado genere la combustión.
Fases del ciclo Diesel
Los motores de diesel pueden ser de dos y cuatro tiempos. No obstante, el primero cuenta con algunos problemas en el barrido, razón por la que el uso más habitual es del motor de 4 tiempos. A pesar de ello, a continuación explicaremos las fases de ambos tipos.
Etapas del ciclo Diesel 4 tiempos
Como ya mencionamos, los motores de 4 tiempos son los más utilizados y se denominan de esta manera debido a que su funcionamiento se basa en cuatro movimientos del pistón a través de dos vueltas del cigüeñal.
Los procesos llevados a cabo son el de admisión, compresión, combustión, expansión y escape, los cuales tienen lugar de la siguiente manera:
Admisión
El pistón desciende y con el movimiento succiona aire en el cilindro a través de la válvula de admisión. Dicho proceso se modela como “expansión a presión constante” ya que la válvula permanece abierta y por ello, es la misma que en el exterior.
Compresión
Una vez el pistón llega al punto inferior las válvulas de admisión se cierran y el aire no puede intercambiar calor con el ambiente (siendo un proceso de compresión adiabática). Luego el movimiento ascendente del pistón comprime el aire contenido en la cámara, aumentando el estado termodinámico (presión y temperatura) y disminuyendo el volumen.
Combustión y Expansión
El proceso de combustión se da antes de que el pistón ascienda por completo y continúa en parte de su bajada. En el mismo el inyector se encarga de atomizar el combustible, el cual se evapora en la atmósfera del cilindro.
Con respecto la fase de expansión, el combustible al entrar en contacto con el aire en altas temperaturas se produce la combustión y los gases empujan e pistón desde el punto superior al inferior, lo que produce un trabajo.
Escape
En el último proceso del ciclo diesel 4 tiempos el pistón vuelve a descender y la válvula de escape se abre, permitiendo la salida del gas al exterior y el reinicio del ciclo.
Fases del ciclo de Diesel 2 tiempos
El motor de dos tiempos también cuenta con las cuatro fases del motor de 4 tiempos, solo que este lo realiza en dos movimientos del pistón (una vuelta del cigüeñal).
Primer tiempo
En el primer tiempo el pistón se encuentra en el Punto Muerto Superior (PMS) y el aire se encuentra a altas temperaturas debido a la presión. Al inyectarse el combustible, se genera la combustión y sucede la expansión cuando los gases empujan el pistón hacia el Punto Muerto Inferior (PMI).
Dicho movimiento del pistón abre la válvula y galería de escape, permitiendo que salgan al exterior los gases producidos en la combustión. A su vez, la expansión provoca que la presión interior del cilindro sea igual a la de la atmósfera.
Antes de que el pistón llegue al PMI, las galerías de barrido se abren y se barren los gases quemados. Y una vez llega el pistón al PMI finaliza esta etapa del ciclo diesel 2 tiempos.
Segundo tiempo
El pistón empieza su movimiento de ascenso y cierra las válvulas de admisión, lo que finaliza el proceso de barrido. A su vez, las galerías y válvulas de escape se cierran y comienza la compresión; terminando la etapa cuando el pistón llega al Punto Muerto Superior y el ciclo se reinicia.
Diferencias entre el ciclo de Diesel y Otto
La principal diferencia entre ambos ciclos está en el proceso de combustión, que como mencionamos anteriormente, en el primero se realiza gracias a la compresión del aire para elevar la temperatura y así encender el combustible; mientras que el segundo requiere de la ayuda de bujías que generen la chispa para lograr el encendido.
Además de lo comentado, también es posible hallar las siguientes diferencias:
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El sistema de encendido en los diésel son de combustión interna y el de Otto es de producción y distribución.
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La entrada de combustible en el diésel se da en la cámara de combustión; mientras que en de Otto la mezcla de combustible y aire se da en el carburador.
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La relación de compresión es muy superior en el ciclo diesel, siendo de entre 14 y 22.
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El diseño o estructura del motor diesel es más robusto debido a la carga explosiva que deben soportar.
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Los motores diésel generan mayor ruido y su mantenimiento es más costoso.
Resumen ciclo Diesel termodinámica
De forma resumida se debe visualizar el diagrama del ciclo diesel y entender cómo funciona. En teoría, la combustión se lleva a cabo por la presión constante y el nivel de la temperatura, la cual supera el grado de autoinflamación del combustible.
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1-2 Sucede la expansión adiabática cuando se realiza el trabajo sin necesidad de intercambiar calor.
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2-3 Tiene lugar la expansión isócora al ceder el calor al foco frío (Q2) y no se realiza trabajo.
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3-4 La compresión adiabática requiere trabajo para poder llegar a la T que hace referencia a la autoinflamación.
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4-1 Sucede la expansión isóbara, donde se absorbe el calor Q1 y se procede a la realización de trabajo.
Para hallar más información es posible visualizar este documento del ciclo de diesel PDF aportado por la facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México.
Esperamos que con la información aportada nuestros lectores hayan podido entender qué es el ciclo diesel y cómo son sus etapas en los motores de dos y cuatro tiempos. En caso de contar con dudas, pueden utilizar la caja de comentarios.
