Tema 02 Ciclo Diesel

7/26/2019 Tema 02 Ciclo Diesel

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ING GIOVENE PEREZ CAMPOMANES

TEMA 02: CICLODIESEL


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Definicin: Rudolf Diesel desarroll la idea del motor diesel y obtuvo

la patente alemana en 1892.

El aire se comprime hasta una temperatura superior a la

temperatura de autoencendido del combustible y lacombustin inicia al contacto, cuando el combustible seinyecta dentro de este aire caliente.

Operan en relaciones de 12 y 24

No hay posibilidad de autoencendido, ya que el aire solose comprime durante el tiempo de compresin

Ciclo ideal se obtiene como un proceso de adicin decalor a presin constante.


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Motor Diesel El motor Disel es unmotor trmico de

combustin interna enel cual el encendido selogra por latemperatura elevadaque produce lacompresin del aire enel interior del cilindro..
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Dieselmotor_vs.jpg


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TIPOS DE MOTORES DISEL

Existen motores diesel tanto de 4 tiempos (los

ms usuales en vehculos terrestres por carretera)como de 2 tiempos (grandes motores marinos yde traccin ferroviaria


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DIFERENCIAS: Diesel vs.. Gasolina Un motor a gasolina succiona una mezcla de gas y

aire, los comprime y enciende la mezcla con unachispa. Un motor diesel slo succiona aire, lo comprime y

entonces le inyecta combustible al aire comprimido. Elcalor del aire comprimido enciende el combustibleespontneamente.

Un motor diesel utiliza mucha ms compresin que un

motor a gasolina. Un motor a gasolina comprime a unporcentaje de 8:1 a 12:1, mientras un motor dieselcomprime a un porcentaje de 14:1 hasta 25:1. La altacompresin se traduce en mejor eficiencia.


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La eficiencia de los motores diesel, que en generaldepende de los mismos factores que losmotores Otto,es mayor que en cualquier motor de gasolina,llegando a superar el 40%.

Los motores diesel suelen ser motores lentos convelocidades de cigeal de 100 a 750 revolucionespor minuto (rpm o r/min), mientras que los motoresOtto trabajan de 2.500 a 5.000 rpm. No obstante,algunos tipos de motores diesel pueden alcanzar las

2.000 rpm. Como el grado de compresin de estosmotores es de 14 a 1, son por lo general ms pesadosque los motores Otto, pero esta desventaja secompensa con una mayor eficiencia y el hecho deque utilizan combustibles ms baratos.


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Diferencias entre el motor Diesel y Otto Un motor a gasolina aspira una mezcla de

gasolina y aire, los comprime y enciende lamezcla con una chispa.

Un motor diesel slo aspira aire, lo comprime yentonces le inyecta combustible al aire

comprimido. EL calor del aire comprimidoenciende el combustibleespontneamente.


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Un motor diesel utiliza mucha mscompresin que un motor a gasolina. Un

motor a gasolina comprime a un porcentaje de8:1 a 12:1, mientras un motor diesel comprime aun porcentaje de 14:1 hasta 25:1. La altacompresin se traduce en mejor eficiencia.


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Los motores diesel utilizan inyeccin de

combustible directa, en la cual el combustiblediesel es inyectado directamente al cilindro.

Los motores a gasolina generalmente utilizancarburacin en la que el aire y el combustibleson mezclados un tiempo antes de que entre alcilindro, o inyeccin de combustible de puerto en

la que el combustible es inyectado a la vlvulade aspiracin (fuera del cilindro).


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En los automviles setransforma energa qumica(gasleo) en mecnica.

El motor diesel es un motoren el cual el encendido seproduce por auto

encendido, ya que este tipode motor trabaja a elevadastemperaturas y presiones.


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Clasificacin del Motor Diesel. El tipo de mezcla: Aire pre calentado y dieselgasoil.

Por el encendido: Autoencendido Por el modo de trabajo: 2 vueltas del cigeal y

4 carreras del pistn= 1 Ciclo.

Por el tipo de refrigeracin: Agua y Aire

Por la disposicin de los cilindros: lnea, V, peroestos motores son de 6 a 12 cilindros


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Sistemas que constituyen un Motor Sistema de Distribucin.

Sistema de Lubricacin.

Sistema de Alimentacin. Sistema de Enfriamiento.

Sistema de Encendido.


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El pistn se encuentraen el punto muertosuperior, y comienza surecorrido de descenso,

al punto muerto inferiorcon la vlvula deadmisin abierta,permitiendo que ingreseel aire puro llenando el

cilindro hasta llegar alpunto muerto inferiordonde se terminara elprimer ciclo de este

motor.


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El pistn se encuentra elen punto muerto inferior ycomienza la carrera deascenso al punto muertosuperior, pero antes que

comience esta operacinla vlvula de admisin yase debera haber cerradopara comenzar, ycomienza su ascensocomprimiendo el airehasta que alcancen unelevada temperatura yesperando a la inyeccin

del combustible.


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Cuando se termina eltiempo de compresin elpistn se encuentra en elpunto muerto superiorcomprimiendofuertemente el aire hasta

que es inyectado elcombustible directamentesobre la cabeza del pistny al momento en que esinyectado se combustin

la mezcla lo cual haceque el pistn seaempujado fuertemente alpunto muerto inferiorterminando as la carrera

de trabajo.


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El pistn se encuentra en

el punto muerto inferior alterminar la carrera detrabajo.

Y en este tiempo el pistncomienza el ascenso con

la vlvula de escapeabierta permitiendo quelos gases de lacombustin salgan por elmltiple de escape y astermine el ciclo defuncionamiento del motor.


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Inyeccin Directa

Esta cmara esta conformadapor una sola cmara decombustin y el combustiblees inyectado finamente y esinyectado directamente sobre

el pistn atreves del inyector de1 o 2 orificios a una presin de200 bar. Con este tipo de cmarael arranque en frio es maseficiente y no requiere bujas deprecalentamiento y tambin locual viene tener un menorcantidad de combustible.


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Esta es un cmarasubdividida, elcombustible es inyectadoa un presin de 100 a 120bares ante una cmara

hemisfrica que provoca unarremolinamiento al airecomprimido mejorando asla combustin.


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Este tipo de inyeccin no seproduce sobre el pistndirectamente sino se lo hacedentro de una pre cmaradonde se va inyectando

gradualmente, sufuncionamiento es mas silenciosocon respecto al de inyeccindirecta.


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PROCESO [ 1 2 ]: Compresin isoentrpica

[ 2 3 ]: Adicin de calor a presin constante

[ 3 4 ]: Expansin isoentrpica

[ 4 1 ]: Rechazo de calor a volumen constante


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Note que el motor diesel notiene buja, se toma el aire y locomprime, y despus inyecta elcombustible directamente en lacmara de combustin(inyeccin directa). Es el calor

del aire comprimido lo queenciende el combustible en unmotor diesel.

En esta animacin simplificada,el aparato verde pegado allado izquierdo del cilindro esun inyector de combustible.


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El inyector debe ser capaz deresistir la temperatura y la presindentro del cilindro y colocar elcombustible en un fino roco.

Mantener el roco circulando en elcilindro mucho tiempo, es unproblema, as que los motores dieselde alta eficiencia utilizan vlvulas deinduccin especiales, cmaras deprecombustin u otros dispositivos

para mezclar el aire en la cmara decombustin y para que por otra partemejore el proceso de encendido ycombustin.


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Un motor diesel siempreinyecta su combustible

directamente al cilindro, y esinyectado mediante una partedel choque de poder. Estatcnica mejora la eficiencia delmotor diesel con respecto a la

del motor de gasolina.

Cuando el motor diesel est fro,

el proceso de compresin nodebe elevar el aire a unatemperatura suficientementealta para encender elcombustible.


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ANALISIS DEL CICLO El ciclo Diesel se ejecuta en un dispositivo de cilindro-

mbolo, que forma un sistema cerrado.

La cantidad de calor aadida al fluido de trabajo a presin

constante es:

23p23en

23232en

23salben

TTChhq

uuvvPq

uuwq


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La cantidad de calor rechazada por le fluido de

trabajo a volumen constante es:

23

14

en

saldiesel

TTk

TT1

q

q1

Eficiencia trmica

14v14sal

41sal

TTCuuq

uuq


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La relacin de corte deadmisin rc es la relacin

de los volmenes delcilindro despus y antesdel proceso decombustin.

2

3

2

3c

v

v

V

Vr

Relacin de calores especficos

v

p

C

Ck


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FUNCIONAMIENTO:


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CICLO DIESEL

Es el ciclo ideal para lasmaquinas de encendido porcomprensin, (conocidoscomo motores diesel), esto se

debe a la mezcla de aire y decombustible que secomprimen hasta tener unatemperatura inferior a latemperatura de auto-encendido del combustible, yel proceso de combustin seinicia al encender una buja.

1 TIEMPO (ASPIRACIN):


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1. TIEMPO (ASPIRACIN):Aire puro entra en el cilindro porel movimiento retrocediente delpistn.

2. TIEMPO (COMPRESIN):El pistn comprime el aire muyfuerte y ste alcanza una

temperatura muy elevada.

3. TIEMPO (CARRERA DETRABAJO): Se inyecta el gasoil, y ste se

enciende inmediatamente porcausa de la alta temperatura

4. TIEMPO (CARRERA DE

ESCAPE):

El pistn empuja los gases de

combustin hacia el tubo de


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3. Ciclo Diesel

Adiabtica Isobara Adiabtica Iscora

Q23>0

Q41


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Ciclo diesel P-V

32 PP4

P

1P

2V

3V 41 VV

Q p = Calor suministrado

Q o = Calor disipado

W

W

Consta de las siguientes fases:


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Consta de las siguientes fases: 1-2 Compresin adiabtica:

Para este ciclo existe una relacin de compresin

en el proceso y se representa por medio de:

Para calcular el trabajo por medio de la primera leyde la termodinmica:

21

1

2

V

Vrp

UWQ 0Q

tmCU V

12 TTCW

tCW

V

V

2-3 Isobrico (expansin: transmisin de calor al


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( psistema a presin constante)

Tambin existe una relacin de combustin en elproceso de y esta queda representada por:

Para calcular el calor por medio de la primera ley de latermodinmica:

32

2

3

2

3

V

V

V

Vrc

UWQ 0W

tCU P

2332 2 TTCQ

tCQ

P

V

3-4 Expansin adiabtica


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p

UWQ 0Q

tmCU V

34 TTCW

tCW

V

V

4-1 Isomtrica (transmisin de caloral medio ambiente a volumen constante):

UWQ 0WtCU P

4114 4

TTCW

tCW

V

V


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Eficiencia:

)(

)((

13

41)13

TTCTTCTTC

QQQ

P

VP

entrada

salidaentrada

Factor de relacin ( r )

esioneslacionPPrP PrRe

1

2

VolumeneslacionV

VrV Re

2

1

Donde: rv es la relacin de compresin y rc es larelacin de corte

VENTAJAS DE LOS MOTORES DIESEL CON


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RESPECTO A LOS DE CICLO OTTO:

VENTAJAS:

-Mayor rendimiento trmico con mayor potencia til. - Menor consumo de combustible (aproximadamente el

30% menos).

- Empleo de combustible ms econmico.- Menor contaminacin atmosfrica.- No existe peligro de incendio. -Motor ms robusto y apto para trabajos duros, con una

mayor duracin de uso.

- Mayor rentabilidad.

INCONVENIENTES


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INCONVENIENTES:

- Mayor peso del motor.

- Necesitan soportes ms fuertes.- Elementos de suspensin de mayor

capacidad.- Costo ms elevado del motor.

- Menor rgimen de revoluciones.- Motor ms ruidoso y con mayores vibraciones.- Reparaciones ms costosas.- Arranque ms difcil.

- Requieren mayor calidad en los aceites de engrase.

INCONVENIENTES


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INCONVENIENTES:

- Mayor peso del motor.

- Necesitan soportes ms fuertes.

- Elementos de suspensin de mayor capacidad.

- Costo ms elevado del motor.

- Menor rgimen de revoluciones.

- Motor ms ruidoso y con mayores vibraciones.

- Reparaciones ms costosas.

- Arranque ms difcil.

- Requieren mayor calidad en los aceites de engrase.


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EJEMPLO Un ciclo ideal con aire como fluido de trabajo tiene una

relacin de compresin de 18 y una relacin de corte deadmisin de 2. Al principio del proceso de compresin elfluido de trabajo est a 14.7 psia, 80 F y 117 in3. Mediante

las suposicin de aire fri estndar, determine a) latemperatura y presin del aire al final de cada proceso, b) lasalida de trabajo neta.

4.1k

lbm/Btu171.0C

lbm/Btu240.0C

lbm/ftpsia3704.0R

v

p

3


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psia84118psia7.14V

VPP

R171618R540V

VTT

4.1

k

2

1

12

14.1

1k

2

1

12

a) Proceso 1-2 [ compresin isentrpica de un gas ideal,calores especficos constantes ]

3

14

33

2c3

3

3

1

2

in117VV

in13in5.62VrV

in5.618

in117

r

VV


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psia8.38in117

in13psia841

V

VPP

R1425in117

in13R3432

V

VTT

4.1

3

3k

4

3

34

14.1

3

31k

4

3

34

Proceso 3-4 [ expansin isentrpica de un gas ideal,calores especficos constantes ]

R34322R1716TT

VP

T

VP

psia841PP

3

3

33

2

22

23

Proceso 2-3 [adicin de calor a un gas ideal a presin cte]


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b) Trabajo neto

Btu754.0Q

R540-R1425Rbm0.171Btu/llbm0.00498Q

TTmCuumQ

Btu051.2Q

R1716-R3432RBtu/lbm0.240lbm0.00498Q

TTmChhmQ

lbm0.00498in1728

ft1

R540Rlbm/ftpsia3704.0

in117psia7.14

RT

VPm

sal

sal

14v14sal

en

en

23p23en

3

3

3

3

1

11


62/63

63.24%6324.0

Btu0510.2

Btu754.01

q

q1

termica

termica

entra

saletermica

Por lo tanto:

Btu297.1wBtu754.0-Btu051.2w

QQw

neto

neto

salenneto


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PRACTICA DIRIGIDA

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