CICLO DIESELANGELES PABLO, ROSSANACALLUPE REATEGUI, JEFFRYHUAITA TORIBIO, ALAN JOSEPORTUGUEZ ARBIETO, CHRISTIAN

Ing. GODELIA CANCHARI SILVERIO

El origen del motor diesel guarda relación con el señor Rudolf Diesel, quien

en el año 1892, inventó y luego patentó este motor. Su primera

aparición fue en la Feria Internacional de París en 1900, y fue presentado

como el primer motor para biocombustibles; fue diseñado para la combustión

de aceite de palma con un 100% de pureza.

INTRODUCCIÓN

TEORÍA BÁSICA EN MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

Un motor Térmico es una maquina que convierte la energía térmica , en energía mecánica.

Es un tipo de maquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor.

Los motores de combustión interna según su funcionamiento pueden ser:

• Rotativos

• Alternativos

• Reacción

Motores de

Combustión Interna

TIPOS DE MOTORES

Motor Otto: Es el mas empleado en la actualidad y realiza la transformación de energía calorífica en mecánica fácilmente utilizable en cuatro fases.

Motor Diesel: En teoría, el ciclo Diesel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar a volumen constante en lugar de producirse a presión constante.

Motor Wanquel: Este utiliza un rotor triangular lobular dentro de una cámara ovalada, en lugar de un pistón y un cilindro

DIAGRAMAS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

Ciclo ideal de Otto Ciclo ideal del Diesel

Es necesario conocer la terminología universalmente usada hoy para indicar algunas dimensiones y valores fundamentales:

Punto muerto superior (P.M.S.)

Punto Muerto Inferior (P.M.I.)

Diámetro (en ingles Bore)

Carrera (en ingles Stroke)

Volumen Total del cilindro (V1)

Volumen de la cámara de combustión (V2)

Volumen desalojado por el pistón o cilindrada (V1-V2)

Relación Volumétrica de compresión l = V1/V2

OBSERVACIONES

CONCEPTO Rudolf Diesel desarrolló 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 la combustión inicia al contacto, cuando el combustible se inyecta dentro de este aire caliente.

Operan en relaciones de 12 y 24

No hay posibilidad de autoencendido, ya que el aire solo se comprime durante el tiempo de compresión

Ciclo ideal se obtiene como un proceso de adición de calor a presión constante

• Pistón – Transmite el

movimiento a la biela

• Biela – Transmite el

movimiento al cigüeñal

• Cigüeñal – Transforma el

movimiento alterno en rotatorio

COMPONENTES DEL MOTOR

Cigüeñal

Partes y piezas Fundamentales

Amortiguador de vibraciones o Dámper: Absorbe vibraciones

torsionales del cigüeñal.

Bandas

Medio de transmisión de movimientos por poleas

Soporte del motor

Soporta y absorbe vibraciones del motor

TIPOS DE ACCIONAMIENTO DE VÁLVULAS

Válvula

Árbol de Levas

COMPONENTES DEL MOTOR

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR DIESEL

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR DIESEL

Un motor diesel funciona mediante la ignición del combustible al ser inyectado en una cámara de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de autocombustión, se produce la combustión sin necesidad de chispa. La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo motor, la compresión.

El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo.

La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación.

MOTOR DIESEL

-Rudolf DieselVentajas

1. Bajas emisiones2. Alto par de torsión3. Menor consumo de combustible

Desventajas1. Ruidoso2. Alto costo de mantenimiento3. Mejor en bajas velocidades

PROCESO [ 1 – 2 ]: Compresión isoentrópica [ 2 – 3 ]: Adición de calor a presión constante [ 3 – 4 ]: Expansión isoentrópica [ 4 – 1 ]: Rechazo de calor a volumen constante

MOTOR DIESEL

Note que el motor diesel no tiene bujía, se toma el aire y lo comprime, y después inyecta el combustible directamente en la cámara de combustión (inyección directa). Es el calor del aire comprimido lo que enciende el combustible en un motor diesel.

En esta animación simplificada, el aparato verde pegado al lado izquierdo del cilindro es un inyector de combustible.

MOTOR DIESEL

MOTOR DIESEL El inyector debe ser capaz de resistir la temperatura y la presión dentro del cilindro y colocar el combustible en un fino rocío.

Mantener el rocío circulando en el cilindro mucho tiempo, es un problema, así que los motores diesel de alta eficiencia utilizan válvulas de inducción especiales, cámaras de precombustión u otros dispositivos para mezclar el aire en la cámara de combustión y para que por otra parte mejore el proceso de encendido y combustión.

Un motor diesel siempre inyecta su combustible directamente al cilindro, y es inyectado mediante una parte del choque de poder. Esta técnica mejora la eficiencia del motor diesel con respecto a la del motor de gasolina.

Cuando el motor diesel está frío, el proceso de compresión no debe elevar el aire a una temperatura suficientemente alta para encender el combustible.

MOTOR DIESEL

ANÁLISIS DEL CICLO

El ciclo Diesel se ejecuta en un dispositivo de cilindro-émbolo, que forma un sistema cerrado.

La cantidad de calor añadida al fluido de trabajo a presión constante es:

23p23en

23232en

23sal ben

TTChhq

uuvvPq

uuwq

ANÁLISIS DEL CICLO

La cantidad de calor rechazada por le fluido de trabajo a volumen constante es:

23

14

en

saldiesel TTk

TT1

qq

1

14v14sal

41sal

TTCuuq

uuq

Eficiencia térmica

ANÁLISIS DEL CICLO

La relación de corte de admisión rc es la relación de los volúmenes del cilindro después y antes del proceso de combustión

2

3

2

3c v

vVV

r

v

p

C

Ck

Relación de calores específicos

Tiempos de un motor a Diesel

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL DE 4 TIEMPOS

ADMISIÓN

Primer Tiempo: Admisión

En este primer tiempo el pistón efectúa su primera carrera desde el P.M.S. al P.M.I., aspirando aire de la atmósfera debidamente purificado a través del filtro

Entrada de aire en la cámara de combustión

Válvulas de Admisión

Válvulas de Admisión

Válvulas de Escape

Válvulas de Escape

COMPRESIÓN

Segundo Tiempo: Compresión- Inyección

En este segundo tiempo y con las dos válvulas completamente cerradas el pistón comprime el aire a gran presión, quedando solo aire alojado en la cámara de combustión.

COMPRESIÓN

Con todas las válvulas cerradas, el pistón sube, comprimiendo el aire en el interior del cilindroAumentan la presión y la temperatura del aire.

INYECCIÓN

Una vez comprimido el aire, se inyecta el combustible a alta presión en el cilindro.

TIEMPO DE COMPRESIÓN / INYECCIÓN

Presión

Área

Fuerza

Tercer Tiempo: Trabajo, explosión o combustión

Al final de la compresión con el pistón en el PMS se inyecta el combustible en el interior del cilindro, en una cantidad que es regulada por la bomba de inyección.

EXPLOSIÓN

Se produce el encendido al entrar en contacto el combustible con el aire caliente.Se transmite la energía mecánica generada al motor.

EXPLOSIÓN

FUERZA

Calor Generado por la compresión

Reacción Química

AcciónMecánica

Termodinámica Calor - Combustión

ESCAPE

Cuarto Tiempo: Escape

Durante este cuarto tiempo se abre instantáneamente la válvula de escape, el pistón durante su recorrido ascendente, expulsa a la atmosfera los gases remanentes

ESCAPE

Después de la combustión, los gases calientes salen del cilindro por las válvulas de escape.

TRASLAPE VALVULAR

La carrera de escape comienza poco antes de qué el pistón llegue al PMI, en ese instante las válvulas de escape abren, esto para asegurar qué los gases de la combustión serán expulsados por completo y eficazmente.

SISTEMAS DE UN MOTOR

Un motor diesel tiene cuatro sistemas que son necesarios para sostener el movimiento rotatorio y la vida útil del motor estos son:

• Sistema de Aire

• Sistema de Combustible

• Sistema de Refrigeración

• Sistema de Lubricación

SISTEMAS DE AIRE

Las funciones son suministrar el oxígeno a los cilindros para que el combustible pueda quemarse y sacar los gases gastados dejados por la combustión.

El sistema de aire tiene un filtro por lo general se localiza donde el aire entra en la tubería y debe ser revisado de vez en cuando para mantener la restricción a un mínimo, quitar el polvo y otras partículas .

SISTEMAS DE COMBUSTIBLE

1.- Suministro de combustible limpio al resto del sistema donde será regulado.

2.- Medición de la cantidad de combustible exacta que será inyectado en toda las condiciones de velocidad y carga

3.- La sincronización de la inyección de combustible para que el combustible sea quemado en el período óptimo del ciclo.

4.- Inyectar, atomizar, y distribuir el combustible en la cámara de combustión

SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

Absorber el exceso de calor del motor y disiparlo a la atmósfera es el trabajo del sistema de refrigeración.

El quitar del calor impide :1.- La interrupción de la película de aceite lubricante que separa partes que rozan 2.-Que se debilite el metal por el calor

Ventilador de enfriamiento

Aumenta flujo y velocidad del aire que pasa a través del radiador

Radiador

Dispersa el calor del refrigerante

SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

SISTEMAS DE LUBRICACIÓN

- El aceite lubricante es bombeado a través de pasajes internos en el bloque por la bomba de aceite de engranaje.- El sistema desempeña básicamente cuatro funciones: Lubricar, Sellar, Limpiar, Enfriar partes en movimiento.

- El trabajo que debe realizar el aceite es permitir el deslizamiento entre superficies de metal, para ello debe poseer propiedades para soportar temperaturas extremas y cargas sin fracturarse.

SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN : se encarga de

la apertura y cierre de las válvulas

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN: evita el

sobrecalentamiento de los componentes

SISTEMA DE LUBRICACIÓN: reduce el

rozamiento, limpia los componentes

SISTEMA DE COMBUSTIBLE: se encarga de

la admisión de combustible

RESUMEN DE LOS PRINCIPALES SISTEMAS AUXILIARES

FORMACIÓN Y CONTROL DE LOS CONTAMINANTES

La combustión en los motores Diésel se caracteriza por una alta concentración de gotículas de combustible (baja vaporización del combustible).

Principales contaminantes:› Partículas (PM)› Hidrocarburos sin quemar (HC)› Monóxido de carbono, (CO)› Óxidos de nitrógeno (Nox )

BIOCOMBUSTIBLES

BIOETANOL O BIOALCOHOLAlcohol producido por fermentación de productos azucarados (remolacha y la caña de azúcar). También puede obtenerse de los granos de cereales (trigo, la cebada y el maíz), previa hidrólisis o transformación en azúcares fermentables.El bioetanol se utiliza en vehículos como sustitutivo de la gasolina, bien como único combustible o en mezclas que, por razones de miscibilidad entre ambos productos, no deben sobrepasar el 5-10% en volumen de etanol en climas fríos y templados, pudiendo llegar a un 20% en zonas más cálidas. El empleo del etanol como único combustible debe realizarse en motores específicamente diseñados para el biocombustible. Sin embargo, el uso de mezclas no requiere cambios significativos en los vehículos, si bien, en estos casos el alcohol debe ser deshidratado a fin de eliminar los efectos indeseables sobre la mezcla producidos por el agua.

BIOGAS

Gas que se genera mediante una fermentación anaeróbica (ausencia de oxígeno) de desechos orgánicos de origen animal y/o vegetal, y bajo ciertas condiciones de temperatura, humedad y acidez.La composición promedio del biogás es 50%-75% en volumen Metano (CH4), 25-45% Dióxido de Carbono (CO2), 2%-7% Agua (H2O), Nitrógeno (N2), Oxígeno (O2), Ácido Sulfhídrico (H2S), e Hidrógeno (H2) < 1% El contenido energético del biogás depende directamente del contenido de metano en el biogás, el que varía entre un 50% y un 75%. Un metro cúbico de metano tiene un contenido energético de 9,94 kWh. Si el contenido de metano en el biogás es por ejemplo de 70% entonces el contenido energético total aprovechable de un metro cúbico de biogás alcanza a 6,8 kWh.El proceso de fermentación de los residuos orgánicos, generalmente, ocurre al interior de un Biodigestor y la velocidad de transformación de la materia orgánica está en función de los sustratos utilizados, temperatura de descomposición y del tiempo de residencia del residuo orgánico en el digestor.

BIOCOMBUSTIBLESBIODIÉSEL

Combinación de aceite, normalmente vegetal, con un alcohol ligero, normalmente metanol. La fuente de aceite vegetal suele ser aceite de colza, pues es la planta con mayor rendimiento de aceite por hectárea, aunque también se pueden utilizar aceites usados (por ejemplo, aceites de fritura), en cuyo caso, la materia prima es muy barata y además se reciclan.En España, y ante la imposibilidad de controlar si los vehículos que lo reposten en las EESS están o no preparados para la utilización de Biodiésel 100% puro, se comercializa una mezcla Bionor MX-15 (12% Biodiésel +88% Gasóleo.

DIFERENCIAS: Diesel vs. Gasolina

Un motor a gasolina succiona una mezcla de gas y aire, los comprime y enciende la mezcla con una chispa. Un motor diesel sólo succiona aire, lo comprime y entonces le inyecta combustible al aire comprimido. El calor del aire comprimido enciende el combustible espontáneamente

Un motor diesel utiliza mucha más compresión que un motor a gasolina. Un motor a gasolina comprime a un porcentaje de 8:1 a 12:1, mientras un motor diesel comprime a un porcentaje de 14:1 hasta 25:1. La alta compresión se traduce en mejor eficiencia.

DIFERENCIAS: Diesel vs. Gasolina

Los motores diesel utilizan inyección de combustible directa, en la cual el combustible diesel es inyectado directamente al cilindro.

Los motores a gasolina generalmente utilizan carburación en la que el aire y el combustible son mezclados un tiempo antes de que entre al cilindro, o inyección de combustible de puerto en la que el combustible es inyectado a la válvula de succión (fuera del cilindro).

DIFERENCIAS: Diesel vs. Gasolina

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

Los motores diesel suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min), mientras que los motores Otto 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 compresión de estos motores es de 14 a 1, son por lo general más pesados que los motores Otto, pero esta desventaja se compensa con una mayor eficiencia y el hecho de que utilizan combustibles más baratos.

DIESEL vs. GASOLINA

Diésel Gasolina

Admisión Aire Aire y combustible

CombustiónAutoignición provocada por la alta presión y temperatura en el interior del cilindro

Encendido por bujías

CombustibleDebe ser de vaporización fácil y favorecer la autoignición (cetanaje alto)

Debe ser resistente a la autoignición (octanaje algo)

Relación de compresión La máxima posible (15 a 24)Limitada por las características del combustible (9 a 12)

Eficiencia ~35% Menor de 30%

TurbocompresiónSiempre que sea posible. Aumenta la eficiencia y mejora la combustión

Solución poco frecuente, pero cada vez más popular

DIESEL vs. GASOLINA

Diésel Gasolina

Consumo Menor Mayor

Precio

Normalmente menor, pero depende de los impuestos con que se grave en cada país

Mayor

Peso Más pesado Más ligero y compacto

Arranque Cuasi-inmediato Inmediato

Nivel de vibración y ruido Alto Bajo

Velocidad del motorLimitada por las características del combustible y del ciclo

Alta

Muchas Gracias