CILCO IDEAL Y DIAGRAMA INDICADO




Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales


MOTORES DIESEL: CICLO IDEAL Y DIAGRAMA INDICADO

Prof. Laura Draghi (Curso Mecánica Aplicada)
Prof. Roberto Filgueira (Curso de Física Aplicada)


2009
CICLO DIESEL IDEAL

Antes de intentar un análisis más acertado de las complejas transformaciones que ocurren en el interior de una máquina térmica queconvierte la energía química del combustible en trabajo útil, es útil realizar una aproximación teórica, considerando algunas simplificaciones que facilitan la comprensión básica de su funcionamiento.
Por ello se representará el funcionamiento ideal de un motor diesel de cuatro tiempos considerando que el fluido es aire puro, que se comporta como un gas perfecto. El análisis se hará sobre un motorde cuatro tiempos, el cual necesita dar dos vueltas completas del cigüeñal para realizar un ciclo completo (cuatro carreras).




El principio de funcionamiento de los motores Diesel consiste en: admitir la mayor cantidad de aire como sea posible, comprimirlo suficientemente como para generar una presión y temperatura tales que al introducir combustible finamente pulverizado, se combustionerápidamente y producto de la misma se genere trabajo mecánico sostenido en el tiempo. Para ello es necesario que ocurran una serie de transformaciones termodinámicas del fluido que en el caso del ciclo diesel son:

0-1.- Admisión (Isobárica): La válvula de admisión se abre instantáneamente en el PMS y mientras el pistón desciende hacia el PMI admite el aire desde el exterior de manera que durante laadmisión se supone que el cilindro se llena totalmente de aire que circula sin rozamiento alguno por los conductos de admisión. Se considera entonces que la presión se mantiene constante e igual a la presión atmosférica.
1-2.- Compresión (Adiabática): Una vez que el pistón llega al PMI se cierra la válvula de admisión y comienza nuevamente el ascenso del pistón. Durante esta carrera el aire escomprimido hasta ocupar el volumen correspondiente a la cámara de combustión. Esta transformación es adiabática, es decir sin intercambio de calor con el medio externo, por realizarse en un tiempo muy corto. La temperatura alcanzada al finalizar la compresión supera los 600 ºC debido a que el volumen del aire que entra se reduce significativamente alcanzándose la temperatura necesaria para producirla autoinflamación del combustible sin necesidad de chispa eléctrica. El aire se comprime desde un volumen V1, que incluye la cilindrada y la cámara de combustión, hasta uno V2, que sólo expresa la cámara de combustión, según lo que se denomina relación de compresión:


Donde cc es el volumen de la cámara de combustión y Vcil es el volumen del cilindro.
Los motores Diesel de tractores tienen unarelación de compresión que varía entre 16:1 a 22:1.

Si durante la compresión el sistema no intercambia calor con su entorno (proceso adiabático), el producto entre la presión y el volumen, elevado a un coeficiente, también se mantiene constante según la expresión:

Donde el coeficiente  es el cociente entre el calor molar a presión constante (Cp) y el calor molar a volumen constante (Cv).
Si elfluido es aire puro, que suponemos que se comporta como un gas perfecto, los calores específicos son considerados constantes e iguales a los del aire en condiciones normales de 15 ºC de temperatura y una atmósfera de presión, tendremos:
Cp = 0,241 kcal/kg ºC = 6,99 cal/mol ºC= 29,3 J/mol ºC
Cv = 0,172 kcal/kg ºC = 4,99 cal/mol ºC= 20,9 J/mol ºC

y el cociente entre ellos  = Cp/Cv = 1,4.

Alfinalizar la compresión, la presión y temperatura que alcanza el aire pueden calcularse según las ecuaciones:

=

=

Donde los subíndices 1 y 2 significan inicial y final, respectivamente.

2-3.- Inyección y combustión (Isobárica): La inyección de combustible a muy alta presión y finamente pulverizado, se produce cuando el pistón alcanza el PMS. El poder calorífico del combustible aporta el...