Laboratorio de ingenieria mecanica 3

1. INTRODUCCION

El motor Diesel es de combustión interna, parecido al motor Otto, pero que funciona con mayores relaciones de compresión, donde se enciende la mezcla de combustible y aire mediante el proceso de compresión; la adición de calor se logra durante un mayor intervalo de tiempo. El motor diesel ideal funciona con un ciclo diesel ideal, que se define con los siguientes cuatroprocesos reversibles:

1-2. Compresión adiabática
2-3. Adición de calor a presión constante
3-4. Expansión adiabática
4-1. Rechazo de calor a volumen constante

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Figura 1.1. Diagrama de propiedades para el ciclo diesel ideal.

En la figura 1.1 se muestran los diagramas que ilustran la trayectoria de esos procesos en coordenadas p-V y T-S, análogos alciclo Otto. El área encerrada en el plano p-V es el trabajo del ciclo, y la del plano T-S es el calor neto agregado; las áreas deben ser iguales. En el caso normal, el mecanismo que se usa para efectuar es el aparato pistón cilindro que aparece en la figura 1.2.

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Figura 1.2. Funcionamiento físico del motor diesel.

Tiene la misma configuración y el mismo funcionamiento que un motorde ciclo otto, con la excepción de que no hay bujía en el ciclo diesel, y que se introduce el combustible con un inyector que tiene una boquilla que rocía al combustible en la cámara de combustión. El proceso 1-2 es una compresión de una carga fresca de aire y combustible (o sólo aire); al llegar al estado 2 los gases se queman en forma espontánea debido a la alta presión, y el proceso continúa apresión constante hasta el estado 3. Lo más común es que solo se introduzca aire y se comprima en el proceso 1-2, y que se inyecte combustible a una presión cercana a la del estado 2. El proceso 2-3 es el que hace que hace que el motor diesel sea un motor de combustión interna, con ignición por compresión.
El proceso 3-4 es una expansión de los gases de escape hasta que el pistón llega al PMI(punto muerto inferior) en el estado 4. Entonces, se elimina el escape de la atmósfera, en el proceso 4-1. Al mismo tiempo, se inyecta aire y combustible (o tan solo aire fresco) a la cámara, para que esté listo para un nuevo ciclo. Es el ciclo diesel de dos tiempos, con los tiempos de escape y admisión del pistón juntos en una revolución del motor.
Aunque el motor Diesel suele utilizarse enaplicaciones rudas, como en camiones, tractores y centrales eléctricas estacionarias, durante algún tiempo se han usado motores ligeros en aplicaciones automotrices. Sin embargo, parece que estos motores están adquiriendo popularidad en E.U.A. debido a su economía y durabilidad.
Para simplificar los cálculos, se puede analizar al motor Diesel con la hipótesis de que el aire es el único medio detrabajo, y que es un gas perfecto. Es el análisis normal con aire, y no se tiene en cuenta al combustible, excepto como fuente de calor. El trabajo en un ciclo como se mencionó, es el área encerrada en el plano p-V, para la cual se tiene la ecuación

Wkciclo= Wk12 + Wk23 + Wk14
(Ec. 1.1)
Para un análisis con aire, y suponiendocalores específicos constantes,

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(Ec 1.2)
y

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(Ec. 1.3)
También,

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(Ec. 1.4)
y

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(Ec. 1.5)
La relación de compresión rv, para un motor diesel es:

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(Ec 1.6)

La relación de corte se define como:

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(Ec. 1.7)
Estos resultados pueden darnos el trabajo neto de un ciclo ideal siempre y cuando conozcamos las propiedades en los cuatro estados delciclo. Si deseamos ajustar el ciclo Diesel a los motores reales y encontramos que los procesos 1-2 y 3-4 no son adiabáticos, se pueden sustituir con facilidad por procesos diesel politrópicos. Entonces el trabajo se puede calcular con las ecuaciones anteriores, pero habrá que sustituir k por el exponente politrópico n. La figura 1.3 muestra un diagrama típico de motor real, y se debe comparar con...