Ciclo Diesel

O ciclo Diesel ou ciclo do motor diésel é un ciclo teórico que describe motores de combustión interna con acendido por compresión, no que a adición de calor se produce a presión constante, a diferenza do ciclo Otto, onde se fai a volume constante.

Na imaxe vese o diagrama P-v do ciclo diesel ideal; onde P é a presión e v é o volume específico. O ciclo diesel ideal consta dos seguinte pasos:

• De 1 a 2 compresión isoentrópica (azul)
• De 2 a 3 quentamento a presión constante reversíbel (vermello)
• De 3 a 4 expansión isentrópica (marelo)
• De 4 a 1 arrefriamento reversíbel a volume constante (verde) ^[1]
• O traballo en (W_in) realizao o pistón comprimindo o fluído;
• A calor (Q_in) aportaa a combustión do fuel;
• O traballo en (W_out) efectuao o fluído ao se expandir, producindo un torque;
• A calor (Q_out) evacuase co ar de exhaustión.

• Compresión, proceso 1-2: é un proceso de compresión adiabática reversíbel (isentrópica). Vén simbolizar o proceso de compresión da masa fresca no motor real, no que o pistón, estando no punto morto inferior (PMI), comeza a súa carreira de ascenso, comprimindo o aire contido no cilindro. Iso eleva o estado termodinámico do fluído, aumentando a súa presión, a súa temperatura e diminuíndo o seu volume específico, en virtude do efecto adiabático. Na idealización, o proceso vén gobernado pola ecuación da isentrópica:

${\displaystyle P\cdot v^{k}=cte}$, con k índice de politropicidad isentrópico.

• Combustión, proceso 2-3: nesta idealización, simplifícase por un proceso isóbaro (presión constante). Con todo, a combustión Diesel é moito máis complexa: na contorna do PMS (en xeral un pouco antes de alcanzalo debido a problemas relacionados coa inercia térmica dos fluídos), iníciase a inxección do combustíbel ( en motores de automóbiles, gasóleo, aínda que abonda con que o combustible sexa o suficientemente autoinflamábel e pouco volátil). O inxector pulveriza e perliza o combustíbel, que, en contacto coa atmosfera interior do cilindro, comeza a evaporarse. Como queira que o combustible dun motor Diesel ten que ser moi autoinflamábel (gran poder detonante), ocorre que, moito antes de que termine a inxección de todo o combustible, as primeiras pingas de combustible inxectado se autoinflaman e dan comezo a unha primeira combustión caracterizada por ser moi turbulenta e imperfecta, ao non ter a mestura de aire e combustible tempo suficiente como para homoxeneizarense. Esta etapa é moi rápida, e no presente ciclo obviase, pero non así no chamado ciclo Diesel rápido, no que se simboliza como unha compresión isócora ao final da compresión. Posteriormente dase, sobre a masa fresca que non foi queimada, unha segunda combustión, chamada combustión por difusión, moito máis pausada e perfecta, que é a que aquí se simplifica por un proceso isóbaro. Nesta combustión por difusión adóitase queimar en torno ao 80% da masa fresca, por iso é polo que a etapa anterior se tende a obviar. Con todo, tamén é certo que a inmensa maioría do traballo de presión e das perdas e irreversibilidades do ciclo danse na combustión inicial, polo que omitila sen máis só conducirá a un modelo imperfecto do ciclo Diesel. Consecuencia da combustión é o elevamento súbito do estado termodinámico do fluído, en realidade debido á enerxía química liberada na combustión, e que neste modelo ha de se interpretar como unha calor que o fluído termodinámico recibe, e a consecuencia do cal expándese nun proceso isóbaro reversíbel.
• Expansión, proceso 3-4: simplifícase por unha expansión isentrópica do fluído termodinámico, até o volume específico que se tiña ao comezo da compresión. Na realidade, a expansión prodúcese a consecuencia do elevado estado termodinámico dos gases tras a combustión, que empuxan ao pistón desde o PMS cara ao PMI, producindo un traballo. Nótese como, como en todo ciclo de motor de catro tempos, só nesta carreira, na de expansión, se produce un traballo.
• Última etapa, proceso 4-1: esta etapa é un proceso isócoro (volume constante) desde a presión final de expansión ata a presión inicial de compresión. En rigor, carece de calquera significado físico, e simplemente emprégase ad hoc, para poder pechar o ciclo ideal. Con todo, hai autores que non satisfeitos con todas as idealizacións realizadas, insisten en dar un significado físico a esta etapa, e asóciana ao renovado da carga, pois, razoan, é isto o que se produce nas dúas carreiras que preceden á compresión e seguen á expansión: o escape de masa queimada e a admisión de masa fresca. No entanto, o escape é un proceso que require moito máis traballo que o que implica este proceso (ningún), e ademais ningún dos dous procesos se dá, de ningunha maneira, a volume específico constante.

É importante notar como, no ciclo Diesel, non se deben confundir nunca os catro tempos do motor co ciclo termodinámico que o idealiza, que só se refire a dous dos tempos: a carreira de compresión e a de expansión; o proceso de renovado da carga cae fóra dos procesos do ciclo Diesel, e nin tan sequera é un proceso termodinámico no sentido estrito.

• motor diésel

1. ↑ Eastop & McConkey 1993, Applied Thermodynamics for Engineering Technologists, Pearson Education Limited, Fifth Edition, p.137