DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA INFORME – SISTEMAS SISTEMAS ENERGÉTICOS - NRC: 2436 TEMA: CICLO DIESEL AUTORES: •
CALVOPIÑA CARLOS
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CHANCUSIG PATRICIO CHANCUSIG PATRICIO
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MACAS JOHAN
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PAREDES KEVIN
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PEREZ SEBASTIAN
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QUINGA LUIS
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RECALDE FERNANDO
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TORRES BRYAN
A – Mecatrónica Mecatrónica NIVEL: 5to – A
DIRECTOR: ING. ARGUELLO MAYA, EDISON OSWALDO LATACUNGA 2017
Tabla de contenidos 1. TEMA ...................................................................................................................................... 4 2. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 4 2.1. Objetivo General .................................................................................................................. 4 2.2. Objetivos Específicos ........................................................................................................... 4 3. DESARROLLO ....................................................................................................................... 4 4. CONCLUSIONES ................................................................................................................. 13 5. RECOMENDACIONES ....................................................................................................... 13 6. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................... 14
Índice de Ilustraciones Ilustración 1.- Etapas del Ciclo Diesel ............................................................................................ 5 Ilustración 2.- Etapa de admisión del Ciclo Diesel ......................................................................... 6 Ilustración 3.- Etapa de compresión del Ciclo Diesel ..................................................................... 6 Ilustración 4.- Etapa de combustión del Ciclo Diesel ..................................................................... 7 Ilustración 5.- Etapa de expansión del Ciclo Diesel ....................................................................... 7 Ilustración 6.- Etapa de escape del Ciclo Diesel ............................................................................. 8 Ilustración 7: Diagrama P – V del Ciclo Diésel .............................................................................. 8 Ilustración 8: Diagrama T – S del Ciclo Diésel ............................................................................ 10
1. TEMA Ciclo Diesel
2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General •
Realizar una investigación completa detallada sobre el sistema de inyección de combustible diésel mediante un análisis de sus elementos, su funcionamiento y características principales de cada uno.
2.2. Objetivos Específicos •
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Explicar el principio de funcionamiento del ciclo Diesel. Mencionar las ventajas que tiene el ciclo Diesel sobre otros ciclos de combustión interna.
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Conocer y explicar cómo influyen los distintos parámetros propios del ciclo en sus curvas características.
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Elaborar un procedimiento para la evaluación experimental de los parámetros característicos del motor.
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Conocer y operar el equipo experimental de motor Diesel del laboratorio
3. DESARROLLO •
¿Qué es el ciclo Diesel?
El ciclo del motor diésel ideal de cuatro tiempos es una idealización del diagrama del indicador de un motor Diesel, en el que se omiten las fases de renovación de la carga., y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire. Además, se acepta que todos los procesos son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido. Aunque todo ello lleva a un modelo muy aproximado del comportamiento real del motor, permite al menos extraer una serie de conclusiones cualitativas con respecto a este tipo de motores.
Un ciclo Diésel ideal es un modelo simplificado de lo que ocurre en un motor diésel. En un motor de esta clase, a diferencia de lo que ocurre en un motor de gasolina la combustión no se produce por la ignición de una chispa en el interior de la cámara. En su lugar, aprovechando las propiedades químicas del gasóleo, el aire es comprimido hasta una temperatura superior a la de auto ignición del gasóleo y el combustible es inyectado a presión en este aire caliente, produciéndose la combustión de la mezcla. (Arellano, 2011)
ETAPAS DEL CICLO DIESEL. El ciclo Diesel de cuatro tiempos consta de las siguientes fases:
Ilustración 1.- Etapas del Ciclo Diesel
1. Admisión. •
En este primer tiempo el pistón efectúa su primera carrera o desplazamiento desde el PMS al PMI, aspirando sólo aire de la atmósfera.
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El aire pasa por el colector y la válvula de admisión, que se ha abierto instantáneamente, permaneciendo abierta, a fin de llenar todo el volumen del cilindro.
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La muñequilla del cigüeñal gira 180º.
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Al llegar al PMI se supone que la válvula de admisión se cierra instantáneamente.
Ilustración 2.- Etapa de admisión del Ciclo Diesel
2. Compresión. •
En este segundo tiempo todas las válvulas están cerradas y el pistón se mueve hacia arriba en el cilindro comprimiendo el aire
•
A medida que se comprimen las moléculas de aire, aumenta la temperatura considerablemente por encima de los 600°C.
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La muñequilla del cigüeñal gira otros 180º y completa la primera vuelta del árbol motor.
Ilustración 3.- Etapa de compresión del Ciclo Diesel
3. Combustión. •
Al final de la compresión con el pistón en el PMS se inyecta el combustible en el interior del cilindro con la bomba de inyección a una presión elevada.
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El combustible, debido a la alta presión de inyección sale pulverizado, se inflama en contacto con el aire caliente, produciéndose la combustión del mismo.
•
Durante este tiempo el pistón efectúa su tercer recorrido y la muñequilla del cigüeñal gira otros 180º.
Ilustración 4.- Etapa de combustión del Ciclo Diesel
4. Expansión. •
Sólo en esta carrera se produce trabajo, debido a la fuerza de la combustión que empuja el pistón y la biela hacia abajo, lo que hace girar el cigüeñal, así la energía térmica se convierte en energía mecánica.
Ilustración 5.- Etapa de expansión del Ciclo Die sel
5. Escape.
•
Durante este cuarto tiempo, el pistón que se encuentra en el PMI es empujado por el cigüeñal hacia arriba forzando la salida de los gases quemados a la atmósfera por las válvulas de escape abiertas.
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La muñequilla del cigüeñal efectúa otro giro de 180º, completando las dos vueltas del árbol motor que corresponde al ciclo completo de trabajo.
Ilustración 6.- Etapa de escape del Ciclo Diesel
DIAGRAMA P – V El diagrama P – V (Presión – Volumen) de un motor a diésel es el siguiente:
Ilustración 7: Diagrama P – V del Ciclo Diésel
Este diagrama presenta las siguientes fases: •
0-1.- Admisión (Proceso isobárico):
La válvula de admisión se abre instantáneamente en
el PMS y mientras el pistón desciende hacia el PMI admite el aire desde el exterior de manera que durante la admisión se supone que el cilindro se llena totalmente de aire que circula sin rozamiento alguno por los conductos de admisión. Se considera entonces que la presión se mantiene constante e igual a la presión atmosférica. •
1-2.- Compresión (Proceso adiabático):
Una vez que el pistón llega al PMI se cierra la
válvula de admisión y comienza nuevamente el ascenso del pistón. Durante esta carrera el aire es comprimido hasta ocupar el volumen correspondiente a la cámara de combustión. Esta transformación es adiabática, es decir sin intercambio de calor con el medio externo, por realizarse en un tiempo muy corto. La temperatura alcanzada al finalizar la compresión supera los 600 ºC debido a que el volumen del aire que entra se reduce significativamente alcanzándose la temperatura necesaria para producir la auto inflamación del combustible sin necesidad de una chispa eléctrica. •
2-3.- Inyección y combustión (Proceso isobárico): La inyección de combustible a muy alta presión y finamente pulverizado, se produce cuando el pistón alcanza el PMS. El poder calorífico del combustible aporta el calor de entrada (Q2) y la combustión se mantiene a presión constante. El punto V3 es donde comienza la verdadera expansión de los gases, con marcada caída de la presión y gran aumento de volumen, ya que el pistón desciende hacia el punto muerto inferior.
•
3-4.- Fin de la combustión: El pistón desciende hacia el PMI
y la presión alcanzada actúa
sobre la superficie del pistón generando la fuerza necesaria para producir trabajo. La expansión (3 – 4) es el único tiempo activo del motor. Al igual que la compresión, se supone que se realiza sin intercambio de calor con el medio exterior (muy rápida), por lo que se considera una transformación adiabática. La presión interna desciende a medida que el cilindro aumenta de volumen. •
4-1.- Primera fase del escape (Proceso isocórico): En el PMI (punto 4) se abre instantáneamente la válvula de escape y se supone que los gases quemados salen tan
rápidamente al exterior, que el pistón no se mueve, se puede considerar que la transformación que experimentan es una a volumen constante. La presión en el cilindro baja hasta la presión atmosférica y una cantidad de calor Q1 no transformado en trabajo, es entregado a la atmósfera. •
1-0.- Segunda fase del escape (Proceso isobárico): Los gases residuales que quedan en el interior del cilindro son expulsados al exterior por el pistón durante su recorrido (1-0)hasta el PMS. Al llegar a él se supone que de forma instantánea se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión para iniciar un nuevo ciclo. Como se supone que no hay pérdida de carga debida al rozamiento de los gases quemados al circular por los conductos de escape, la transformación (1-0) puede ser considerada como isobárica.
DIAGRAMA T – S El diagrama T – S (Temperatura – Entropía) del ciclo diésel es el siguiente:
Ilustración 8: Diagrama T – S del Ciclo Diésel
Al igual que el diagrama P – V, este diagrama muestra los cambios entre temperatura y entropía que se llevan a cabo durante el ciclo de funcionamiento del motor.
•
Fase 1-2: en esta fase la temperatura aumenta, mientras que la entropía permanece constante. Esto se debe a que el ciclo se encuentra en el estado de compresión, lo cual genera un aumento de la temperatura del aire en el interior del cilindro.
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Fase 2-3: en esta fase el ciclo se encuentra en su etapa de inyección y combustión. El diésel es inyectado en el interior del cilindro y se combustiona con el aire caliente, esto ocasiona un aumento de la entropía y la temperatura al interior de la cámara de combustión.
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Fase 3-4: en esta fase el ciclo se encuentra en su etapa de trabajo, el pistón realiza un desplazamiento desde el punto muerto superior hasta el punto muerto inferior; su entropía permanece constante mientras que la temperatura de la cámara de combustión desciende.
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Fase 4-1: en esta fase el ciclo se encuentra en su etapa de escape; los gases generados por la combustión son expulsados al exterior, la temperatura en la cámara de combustión baja aún más al igual que la entropía.
EFICIENCIA DEL CICLO DIESEL Considere 1 kg de aire.
Calor suministrado a presión constante = c3 2 Calor rechazado a volumen constante = c4 Trabajo Realizado = Calor suministrado Calor rechazado Trabajo Realizado = c3 2 c4 Trabajo Realizado = Calor suministrado = c3 c23c24 cc =
4 ⇒ = 1 3 2
1
Sea la relación de compresión
= 2 Y la relación de corte
= 32 Ahora durante la compresión adiabática 1-2
2 = ()− =− 2 = .− 2 Durante el proceso a presión constante 2-3
2 = 3 = 3 = .2 = . .− 2 Durante la expansión adiabática 3-4
3 = (4)− 4 = = 2 = 4 3 3 3 2 3 − 3 ⇒ 4 = ( ) − . 3 ∴ 4 = − = − = . Insertando valores de 2 , 3 4 en la ecuación (i) obtenemos
1 . = 1 . .− .− = 1 −1 1 1 ∴ = 1 − [ 1 ] 4. CONCLUSIONES •
La obtener las curvas de rendimiento del ciclo permite tener una idea de la eficiencia y el rendimiento del motor, e incluso permite hacer una comparación de varios tipos y tamaños
•
Muchos propietarios de autos diesel disfrutan sobre todo de la conducción. "Con la misma cilindrada, el diesel alcanza más revoluciones que el de gasolina", El conductor siente por ello más fuerza cuando pisa el acelerador , ya que la ventaja de las revoluciones se aprecia sobre todo cuando aún son bajas
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La potencia del motor es proporcional a la carga aplicada
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A medida que aumenta la potencia, aumenta el consumo de combustible
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Una mayor eficiencia viene dada por una mayor potencia
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El consumo específico de combustible disminuye con el incremento de carga
5. RECOMENDACIONES •
Es importante notar cómo, en el ciclo Diesel, no se deben confundir nunca los cuatro tiempos del motor con el ciclo termodinámico que lo idealiza, que solo se refiere a dos de los tiempos: la carrera de compresión y la de expansión; el proceso de renovación de la carga.. cae fuera de los procesos del ciclo Diesel, y ni tan siquiera es un proceso termodinámico en el sentido estricto
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Es necesario esperar a que el sistema estabilice para así obtener resultados más cercanos a los reales.
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Para una mejor compresión sobre algún tema nuevo, y una correcta manipulación de equipos nuevos lo más recomendable es estudiarlos previo a su manipulación y así de esta manera se nos hará mucho más fácil su entendimiento y funcionamiento
6. BIBLIOGRAFÍA •
Arellano Ortiz, G. A. (2011). Implantación de análisis de aceite en motores de combustión interna de ciclo diesel (Bachelor's thesis).
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Draghi, L. & Filgueira, R. (2015). MOTORES DIÉSEL: CICLO IDEAL Y DIAGRAMA INDICADO. Universidad Nacional de La Plata. Recuperado de: http://aulavirtual.agro.unlp.edu.ar/pluginfile.php/21736/mod_resource/content/1/CICLO_DIESE L_IDEAL_Y_DIAGRAMA_INDICADO_2015%20(1).doc
•
http://www.iessierradeguara.com/documentos/departamentos/automocion/circuitos_auxiliares/DI ESEL/01_motor_diesel.pdf
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Rajput, R. (2011). Ingeniería Termodinámica. México: Cengage Learning Editores.
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SlideShare. (30 de Julio de 2009). Obtenido de https://es.slideshare.net/Flerasgard/ciclo-diesel
