Ciclo diesel

Ciclo DieselFundamentos de termodinmicaIntegrantes:

Joel Antonio Gamio GodnezFrancisco Javier Salinas TorresUlises Galvn DomnguezJos de Jess Cruz CruzJos Cruz LiceaFrancisco Miguel ngel ValdiviaIng. Josu del Valle Hernndez

11ObjetivoComprender cmo funciona el ciclo Diesel y comprender cada uno de sus procesos.2JustificacinEs un tema termodinmico muy til por su aplicacin en la ingeniera.3ndiceIntroduccinCiclo Diesel TericoMotor Diesel 2 tiemposMotor Diesel 4 tiemposCiclo real vs tericoEficiencia TrmicaDiferencias entre Diesel y OttoVentajas y desventajasCiclo Dual

4567302836133739Rudolf Diesel desarroll la idea del motor diesel y obtuvo la patente alemana en 1892. El ciclo Diesel, es el ciclo de un tipo de motor de combustin interna, en el cual el quemado del combustible es accionado por el calor generado en la primera compresin de aire en la cavidad del pistn, en la cual entonces se inyecta el combustible.

Introduccin5Ciclo Diesel TericoEl ciclo Diesel consta de las siguientes procesos:

6Motor Diesel de 2 tiemposSe usa en propulsin marina.

La presin necesaria para introducir el aire en el cilindro es proporcionada por un turbocompresor.

Los elementos mviles son voluminosos y muy pesados, lo cual requiere un rgimen de giro muy lento, que se mantiene constante.7

Fases del motor de 2 tiemposAdmisinCompresinCombustin 8ExpansinEscape

Admisin-compresin e inyeccinPartiendo del PMI. , El pistn comienza a subir mientras se realiza la ultima fase del barrido. Se cierra las lumbreras de admisin y escape, y el aire contenido en cilindro se comprime, momentos antes de que el pistn llegue PMS. Se produce la inyeccin del combustible que se inflama al contacto con el aire caliente comprimido en la cmara de combustin.

9

Expansin - Escape - AdmisinEn el PMS la presin originada en la combustin es aplica sobre la camisa del pistn que comienza a descender en expansin. Se descubre la lumbrera de escape descargando la presin y, a continuacin la de admisin que permite la entrada de aire impulsado por la bomba.10

Diagrama Real11

12

Motor Diesel de 4 tiempos131.- AdmisinEn este primer tiempo el pistn efecta su primera carrera aspirando slo aire de la atmsfera. El aire pasa por el colector y la vlvula de admisin, que se ha abierto instantneamente, permaneciendo abierta, a fin de llenar todo el volumen del cilindro. Al llegar al PMI se supone que la vlvula de admisin se cierra instantneamente.

14

La admisin puede ser representada por una isbara pues se supone que el aire ingresa sin rozamiento por los conductos de admisin, por lo que se puede considerar a la presin constante e igual a la presin atmosfrica.

15

2.- CompresinEn este segundo tiempo todas las vlvulas estn cerradas y el pistn se mueve hacia arriba en el cilindro comprimiendo el aire. La muequilla del cigeal gira otros 180 y completa la primera vuelta del rbol motor.

16

Durante esta carrera el aire es comprimido hasta ocupar el volumen correspondiente a la cmara de combustin y alcanza presiones elevadas.17

Relacin de CompresinLa relacin de compresin en un motor de combustin interna es el nmero que permite medir la proporcin en que se ha comprimido la mezcla de aire-combustible (Motor Otto) o el aire (Motor Disel) dentro de la cmara de combustin de un cilindro.18

19Para calcular su valor terico se utiliza la frmula siguiente:

donde:d = dimetro del cilindro.s = carrera del pistn desde el PMS hasta el PMI.Vc = volumen de la cmara de combustin.RC = es la relacin de compresin y es adimensional.

20

3.- CombustinAl final de la compresin con el pistn en la parte superior se inyecta el combustible en el interior del cilindro con la bomba de inyeccin a una presin elevada.El combustible debido a la alta presin de inyeccin sale pulverizado, se inflama en contacto con el aire caliente, producindose la combustin del mismo.

21Durante el tiempo que dura la inyeccin, el pistn inicia su descenso, pero la presin del interior del cilindro se supone que se mantiene constante, debido a que el combustible que entra se quema progresivamente a medida que entra al cilindro.

224.- ExpansinSlo en esta fase se produce trabajo, debido a la fuerza de la combustin que empuja el pistn y la biela hacia abajo, lo que hace girar el cigeal, as la energa trmica se convierte en energa mecnica.

23Al terminar la inyeccin se produce una expansin adiabtica hasta el volumen especfico que tena al inicio de la compresin, pues se supone que se realiza sin intercambio de calor con el medio exterior. La presin interna desciende a medida que el cilindro aumenta de volumen.

245.- EscapeDurante este cuarto tiempo, el pistn que se encuentra en el punto inferior es empujado por el cigeal hacia arriba forzando la salida de los gases quemados a la atmsfera por las vlvulas de escape abiertas.

La muequilla del cigeal efecta otro giro de 180, completando las dos vueltas del rbol motor que corresponde al ciclo completo de trabajo.

25En el punto 4 se abre la vlvula de escape y los gases quemados salen tan rpidamente al exterior, que el pistn no se mueve, por lo que se considera un proceso a volumen constante. La presin en el cilindro baja hasta la presin atmosfrica y una cantidad de calor no transformado en trabajo es cedido a la atmsfera.

2627

28

Ciclo Real vs Ciclo Terico29

Eficiencia Trmica30Se puede calcular la eficiencia a partir de los procesos a presin y a volumen constantes.

Las energa de entrada y salida y la eficiencia, se pueden calcular a partir de las temperaturas y calores especficos.

313233

34Las eficiencias trmicas en los motores a disel son aproximadamente entre 35% y 40% en comparacin con el ciclo Otto que es de 30%.Un motor a disel debe funcionar al 80% de sus RPM para obtener una mayor eficiencia.

Las ventajas que puede generar un motor a disel son:Mayor eficiencia (produce mas potencia) a menor cantidad de entrada.Menor emisin de gases contaminantes.Menor costo de operacin.Etc.

35Diferencias entre ciclo Otto y Diesel36Ciclo OttoCiclo DieselEn la AdmisinSe succiona una mezcla de aire combustible en la cmara de combustin. Solamente se succiona aire puro.En la CompresinEl pistn comprime la mezcla aire -combustible.El pistn comprime el aire para aumentar la presin y temperatura.En la CombustinLa buja elctrica enciende la mezcla comprimida.El combustible al mezclarse con el aire caliente se enciende debido al calor generado a alta presin.En el EscapeNo hay diferencia, en ambos casos el pistn fuerza a los gases de escape a salir del cilindro por la vlvula de escape.Ventajas de Motores DieselMayor rendimiento trmico con mayor potencia til.Menor consumo de combustible y menor contaminacinMotor ms robusto y apto para trabajos duros.Mayor duracin.No requiere revisiones frecuentes.37Desventajas de Motores DieselMayor peso del motor, ms ruidoso y costo elevado.Arranque ms difcil y menor rgimen de revoluciones.Reparaciones costosas.38Ciclo DualEste ciclo existe en los motores de ignicin y compresin a alta velocidad, donde se inyecta combustible en la cmara de combustin con una rapidez mucho mayor en comparacin de los motores disel.

39Diagrama p-v para el ciclo dual ideal:

40El combustible inicia su ignicin en una tapa avanzada del ciclo de compresin, por lo tanto parte de la combustin es de volumen constante.

La inyeccin del combustible contina hasta que el pistn alcanza el centro o punto muerto superior, y la combustin del combustible mantiene alta la presin, hasta bien entrado el ciclo de expansin.

41As, el proceso de combustin se puede modelar mejor como la combinacin de procesos a volumen constante y a presin constante.

42El ciclo dual es un modelo ms realista que el ciclo disel para representar motores modernos de alta velocidad encendidos por compresin.

43ConclusinEl ciclo diesel tiene ms ventajas que desventajas, es mucho mas eficiente que el ciclo Otto. Se utiliza para trabajos que se requieren mucha fuerza y no es un ciclo reversible, debido a las prdidas que presenta el mismo.44Referenciashttp://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Dieselhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_del_di%C3%A9selhttp://eribera_bo.tripod.com/ciclo_diesel.html http://demotor.net/ciclos_reales/diferencia_entre_los_ciclos_diesel_rela_y_teorico.html Termodinmica. Yunus Cengel, Michael Boles. 7 Edicin. Ed. Mc Graw-HillTermodinmica. Keneth Wark, Donald E. Richards. 6Edicin. Ed. Mc Graw-Hill45