SISTEMA DE COMBUSTIÓN

INTERNA DIESEL

Parámetros del Motor Diesel

𝑉𝑐=( π 𝐷2

4 )∗𝐿Volumen cada cilindro

𝑉𝑐𝑇=𝑁∗( π 𝐷2

4 )∗𝐿Volumen de la cilindrada total

𝑟𝐶=1+( 𝑉𝑐𝑉𝑚 )Relación de compresión

Motor Diésel de encendido por compresión. En la vista superior se muestra el inicio de la expansión con inyección de petróleo. En la vista inferior se muestra el final de la expansión, donde solo se observa la onda expansiva, pero sin inyección de petróleo.

Ciclo Diesel

Compresión

Expansión

Escape

Admisión

1°Admisión

Es la primera etapa del ciclo Diesel, donde ingresa solo aire al motor (en el motor a gasolina puede ingresar mezcla en los carburadores o en inyección indirecta de combustible).

El pistón baja con la válvula de admisión abierta, aumentando la cantidad de aire en la cámara. Esto se modela como una expansión a presión constante.

2° Compresión

Se comienza cuando el pistón sube comprimiendo el aire, donde se comprime el aire entre el punto muerto inferior y el superior. El petróleo es inyectado a presiones manométricas superiores a 120 bares.

*Combustión

La combustión empieza espontáneamente, producto de la mezcla aire-combustible comprimido. La compresión llega a reducir el volumen hasta 30 veces, alcanzando temperaturas elevadas, suficientes para encender la mezcla y producir la explosión.

3°Expansión

En esta tercera etapa se produce el trabajo del pistón sobre el cigüeñal, la alta temperatura del gas empuja al pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre él.

4°Escape

Es la etapa del ciclo Diesel, en la que la válvula de escape se mantiene completamente abierta, entre los puntos PMI y PMS. Se produce la expulsión de los gases de la combustión

Grafica Termodinámica de Ciclo Diesel

Sistema de Inyección, bomba de inyección

Etapa de baja presión, alcanzando una presión absoluta promedio de 2 bares.

Etapa de alta presión, eleva la presión a valores superiores a los 120 bares.

La bomba de inyección puede ser lineal o bomba de inyección rotativa.

Sistema de inyección de petróleo con bomba de inyección lineal

Rendimiento en función de las temperaturas

En el calentamiento a presión constante gas recibe una cantidad de calor | Qc | del exterior igual a:

En el enfriamiento a volumen constante el sistema cede una cantidad de calor al ambiente:

El rendimiento del ciclo será entonces:

Rendimiento en función de los volúmenes

Así tenemos, para la compresión adiabática

Que, teniendo en cuenta la relación de compresión, podemos reescribir como

Para la expansión a presión constante, aplicando la ecuación de estado de los gases ideales

Introduciendo ahora la relación VC / VB obtenemos

Por último, para la temperatura en D aplicamos de nuevo la ley de Poisson y el que el enfriamiento es a volumen constante:

Desarrollando el resultado se puede expresarlo:

Sustituyendo esto en la expresión del rendimiento obtenemos finalmente:

Vemos que la eficiencia de un ciclo Diesel se diferencia de la de un ciclo Otto por el factor entre paréntesis. Este factor siempre mayor que la unidad, por ello, para iguales razones de compresión r.

Diagrama abierto de Presión vs. Angulo de rotación Cigüeñal El diagrama abierto de la figura muestra las cuatro líneas verticales del estado de la mezcla aire-combustible dentro del cilindro Diesel:

En la línea 1 se inicia la inyección de petróleo dentro del volumen del cilindro.

En la línea 2 se inicia el proceso de combustión, que puede tener un retraso, entre las líneas 1 y 2 de 3° a 8°, según el motor.

En la línea 3 termina la inyección de petróleo.

En la línea 4 se completa la combustión de la mezcla.

Diagrama abierto Presión vs. Tiempo de rotación del cigüeñal () 

Potencia y Torque

combustión de la mezcla

combustible-aire

Aumento de Temperatura y

Presión

genera

Par motor o torque

Fuerza de

empujeproduce

sobre

Pistón

Movimiento de traslación

Movimiento circular

generando

Se transforma

Cigüeñal

del

El par motor o "torque" (T) es el producto de la fuerza aplicada (F) de empuje a los cilindros por la distancia (d) al eje de giro del árbol del cigüeñal.

Mecanismo biela-manivela del motor de explosión.

T= ;

La fuerza (F) que produce el par motor es una fuerza variable

A bajas revoluciones la combustión de la mezcla no resulta óptima debido a la escasa inercia que poseen los gases, que provoca que el llenado del cilindro no sea el óptimo, al igual que su vaciado.Si el motor funciona a un elevado régimen, tampoco el llenado de los cilindros es completo

Curva de par

Curva de par motor y potencia

La curva de par empieza siendo ascendente hasta llegar a las revoluciones donde el motor

rinde el par máximo (T1)

A partir de ese momento, el par comienza a disminuir progresivamente.

A partir del punto óptimo de revoluciones del motor empiezan a aparecer dificultades que están relacionadas fundamentalmente con los siguientes factores:-Una inadecuada evacuación de gases quemados conforme aumenta las revoluciones del motor.

-Insuficiente llenado de aire en cada ciclo.

-La combustión empieza a no ser óptima.

-La fracción de tiempo para cada combustión se reduce.

- La mezcla de aire-combustible no se acaba de completar.

- El avance a la inyección no es suficiente.

Aunque quememos más combustible acelerando el motor y consiguiendo que la potencia todavía aumente, el

par desciende.

Un motor diesel dispone del par elevado en un amplio rango de revoluciones sin tener que hacer

uso continuo del cambio de marchas

POTENCIA

𝑷=𝑻 ·𝝎    Es la

potencia motor, en 

   es el par motor, en 

𝑷=𝑻×𝒏𝟔𝟎𝟐𝝅

  Son las revoluciones por

minuto de giro del motor (.)

HP (Horse Power): potencia necesaria para levantar a la velocidad de 1 pie/minuto un peso de 32572 libras.

• 1 HP = 745,69987 W• 1 HP = 1,0139 CV

CV (Caballo de Vapor):la potencia necesaria para levantar un peso de 75 Kg. en un segundo, a un metro de altura.

• 1 CV = 735,49875 W• 1 CV = 0,9863 HP

𝑭=𝟕𝟓×𝜼𝒕×𝑷

𝑽

Fuerza motriz (F) : transmitida por el neumático al suelo, en función de la potencia del motor (P) y la velocidad de marcha del vehículo (V)

El disponer en los motores Diesel de una curva de potencia tan pronunciada y ascendente, indica que en este tipo de motores a más revoluciones se obtiene mayor potencia.Por ello, y para evitar que el motor se embale se incluye en los motores Diesel un elemento regulador que a partir de cierta velocidad de giro reduce la cantidad de combustible inyectado, reduciendo de este modo el par y la potencia que ofrece el motor De este modo a la máxima velocidad de funcionamiento sólo podrá funcionar el motor en vacío, evitando así que el motor se revolucione de manera descontrolada.

Curva de potencia

Consumo

El consumo, y en concreto el consumo específico (C), se define como el caudal de combustible que consume el motor o consumo horario por la potencia que proporciona. El consumo específico se mide en .

El consumo específico proporciona información sobre el rendimiento del motor. Cuanto menor sea su consumo específico, mejor es su rendimiento.

El rendimiento de un motor indica la proporción de energía útil empleada en mover el vehículo de la total obtenida con la combustión en el motor. En los mejores motores Diesel, este rendimiento apenas supera el 40%, mientras que en los motores de gasolina se queda por debajo de esa cifra.

Curva de potencia-par consumo especifico

Petróleo Diesel

El petróleo Diesel es producido, sobre todo, en

dos grados o calidades para los motores de combustión interna: Diesel 1 y Diesel 2.

Los dos grados son productos destilados

puros, y refinados para alcanzar una alta estabilidad química.

Estos combustibles se caracterizan por su alto índice

de cetano, que excede a lo solicitado para cada grado, lo

que asegura excelentes características de ignición.

Combustible adecuado para uso en motores Diesel de alta velocidad (más de 1000 rpm), de vehículos o equipos que trabajan en condiciones de variación muy frecuente, en carga y velocidad, o en zonas extremadamente frías.

Evita además la excesiva emisión de hollín por los tubos de escape, reduciendo la contaminación atmosférica.

Petróleo Diesel 1

Combustible adecuado para su uso en motores Diesel de automóviles, ómnibus, tractores , camiones, equipos de construcción , embarcaciones de calado menor, grupos electrógenos y motores de alta o mediana velocidad.

Petróleo Diesel 2

Referencias técnicas del Petróleo Diesel 1 y Diesel 2

PETRÓLEO DIESEL 1 DIESEL

2GRAVEDAD ESPECIFICA a 15,5°C 0,81 0,85

GRAVEDA API a 15,5 43,2 34,9

Punto de inflación(°C) 40 60

Destilación °C    

50% destilado   304

90% destilado 288 347

Punto final de ebullición   382

Punto de congelación(°C)   1,7

Composición    

Azufre, % masa (ppm)   0,23(2300)

Contaminantes    

Agua y sedimentos, %volumen 0,15 0,00

Cenizas, % masa 0,01 0,002

Combustión    

Índice de cetano    

Poder calorífico 42 49

BTU/gal 140 062 138 800

KJ/kg 45 914 45 500