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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL“FRANCISCO DE MIRANDA”AREA DE TECNOLOGÍAPROGRAMA DE INGENIERÍA INDUSTRIALASIGNATURA: CONVERSIÓN DE ENERGÍA.

TEMA Nº 3.GUIA Nº 6

CICLOS DE GASESCICLO DIESEL

INTRODUCCION.

En esta guía se presenta el ciclo Diesel. En el motor diesel el aire se comprime primero hasta una temperatura y presión suficientes para encender el combustible, que se inyecta al final de la carrera de compresión. Como no hay combustible durante la carrera de compresión, se usan relaciones de compresión más elevadas en la máquina de ignición por compresión que en la máquina de ignición por chispa .(Ciclo Otto estudiado en la guía número 1 de este tema)

OBJETIVO GENERAL:

Analizar el Ciclo Diesel como un ciclo de aire estándar de aire .

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Describir la operación de un motor tipo Diesel

Mostrar las diferencias entre un motor de ignición por chispa y uno por compresión.

Determinar la eficiencia térmica de un ciclo estándar de aire Diesel.

CONTENIDO.

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1.- Ciclo Diesel.

2.- Características en común de un motor de ignición por chispa y uno por compresión.

3.- Características diferentes entre un motor de ignición por chispa y uno por compresión.

4.- Análisis del ciclo Diesel de aire estándar.

Bibliografía Recomendada.

DESARROLLO DEL CONTENIDO

1.- CICLO DIESEL.

La operación del motor diesel se efectúa de la siguiente manera: Ver figura 1.

1.- Entrada de Aire: La rotación del cigüeñal (parte inferior del dibujo) pone en movimiento una cadena dentada que hace girar el árbol de levas superior, que abre la válvula de admisión. A medida que el pistón baja, se inyecta aire fresco en el cilindro.

2.- Compresión del Aire: A medida que el pistón sube, tanto las válvulas de admisión como las de escape permanecen cerradas y comienza la compresión del aire encerrado. Dado que está comprimiéndose en un espacio menor que su volumen original, el aire se calienta mucho y alcanza una temperatura máxima muy por encima del punto de inflamación para combustible diesel.

3.- Inyección del combustible y Potencia: A medida que el pistón alcanza el tope superior de su carrera y la temperatura del aire comprimido llega al máximo, se inyecta un vapor de diesel en la precámara esférica. El aire caliente enciende el combustible, y su combustión provoca que la mezcla se expanda, mientras la flama se dispersa rápido desde la precámara hasta el cilindro. Conforme el pistón pasa por su tope, es movido hacia abajo por la fuerza de los

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gases en expansión producidos por la combustión, moviendo, a su vez, el cigüeñal y el auto.

4.- Escape: Conforme la energía de la combustión de la mezcla de combustible-aire se gasta y el pistón comienza a subir de nuevo, la válvula de escape se abre, limpiando el cilindro de gases quemados, y cuando el pistón comienza a bajar, la carrera de admisión de aire (paso 1) recomienza.

Figura 1. Operación de un motor automotriz diesel.

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2.- CARACTERÍSTICAS EN COMÚN DE LOS MOTORES POR COMBUSTIÓN POR CHISPA Y LOS MOTORES DE IGNICIÓN POR COMPRESIÓN:

Ambos motores usan los mismos principios mecánicos; es decir, en línea, V, etc.

Ambos se enfrían y lubrican en forma similar. Ambos usan sistemas de arranque externos. Ambos se construyen en tipos de dos y cuatro tiempos.

3.- CARACTERÍSTICAS DIFERENTES ENTRE LOS MOTORES POR COMBUSTIÓN POR CHISPA Y LOS MOTORES DE IGNICIÓN POR COMPRESIÓN:

La ignición en el motor de ignición por chispa se inicia mediante una chispa eléctrica cuando se completa (o casi) la carrera de compresión de la mezcla combustible aire. En el motor de ignición por compresión, el aire se comprime solo y la ignición del combustible ocurre cuando éste se inyecta en el cilindro en el punto muerto superior o cerca de él.

El prototipo del motor de ignición por chispa es la combustión a volumen constante; en el motor de ignición por compresión, la combustión es a presión constante.

El control del motor de ignición por chispa se logra variando la cantidad de la mezcla de combustible-aire en tanto que se mantiene una composición constante de la mezcla. En el motor de ignición por compresión, el control se obtiene variando la entrada de combustible para una masa constante de carga de aire.

Los motores de ignición por chispa usan un sistema de ignición eléctrico y un carburador. Los motores de ignición por compresión no tienen sistema eléctrico de ignición ni carburador, pero tienen algún tipo de sistema de inyección por combustible a alta presión.

Los motores de ignición por chispa están limitados tanto a combustibles gaseosos como a los que se evaporan rápido. Los motores de ignición por compresión no tienen esta limitante. El combustible usual es el petróleo crudo

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refinado. Sorprendentemente, tanto el motor de ignición por chispa como el motor de ignición por compresión, son propensos a la detonación.

4.- ANÁLISIS DEL CICLO DIESEL DE AIRE ESTÁNDAR:

Todas las suposiciones hechas para el análisis del ciclo Otto de aire estándar concernientes al fluido de trabajo y sus propiedades se aplican al presente análisis del ciclo Diesel ideal.

El ciclo Diesel de aire estándar está formado por cuatro procesos. El primero es una compresión isoentrópica del aire después que éste ha sido inducido en el cilindro. Al final del proceso de compresión, se inyecta el combustible y se supone que ocurre la combustión a presión constante. A continuación de la liberación de calor por el proceso de combustión, el gas se expande en forma isoentrópica para producir trabajo y por último se desecha calor a volumen constante. Se supone que el gas se recicla en vez de desecharse. Ver figura 2.

Figura 2.

El calor es recibido (de manera reversible) durante los procesos a presión constante cerrados 2 a 3. La ecuación de energía para un proceso a presión constante (abierto o cerrado) conduce a:

Qent. = Cp * (T3 - T2) BTU/lbm.

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La energía desechada durante el proceso a volumen constante es:

Qrec. = Cv * (T4 - T1) BTU/lbm.

La eficiencia está dada por:

N = Wneto / Qent. ; N = 1 - Qrech. / Qent.

En consecuencia, la eficiencia es:

Ndiesel = 1 - (T4 - T1) k (T3-T2)

En este punto es conveniente introducir dos (2) términos y definirlos de la siguiente manera:

Relación isoentrópica de temperaturas:

K-1

RT = T3 / T4 = T2 / T1 = Rcomp.

Proceso a presión constante (2 - 3):

T3 / T2 = V3 / V2 = Radmisión

de donde:

T3 = RA * T2.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA.

* Sonntag y Van Wylen. Fundamentos de Termodinámica Clásica.

* Yunus, Cengel, Boles. Termodinámica. Editorial Mac. Graw Hill.

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* Keith Sherwin. Introducción a la Termodinámica . Editorial Adison/Wesley iberoamericana.

Kenneth Wark. Termodinámica. Editorial Mc Graw Hill.

Burghardt. Ingeniería Termodinámica. Editorial Harla.

Howell, Buckuis. Principios de termodinámica para ingenieros. Editorial Mac Graw Hill

Octave Levenspiel. Fundamentos de Termodinámica. Editorial Prentice Hall

* Textos principales para este tema.

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