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El motor diesel es un motor térmico de combustión interna alternativo de encendido por compresión, según el principio del ciclo diesel.

Un motor térmico es una máquina térmica directa que genera energía mecánica (trabajo) a partir de energía química (combustible), utilizando una diferencia de temperatura o desnivel térmico. Cuando los gases procedentes de la combustión están en contacto directo con los órganos móviles del motor, e intercambian energía con ellos, se dice que el motor es de combustión interna. Si, además, el motor de combustión está basado en el movimiento alternativo de uno o más pistones, para convertir la presión de un fluido en trabajo, se denomina motor alternativo.

Los motores diesel (ciclo Diesel) son motores de encendido por compresión, frente a los motores de gasolina (ciclo Otto) que son de encendido provocado por chispa o bujía. Así pues, en un motor diesel el encendido o ignición es debido a la presión y temperatura del aire al final de la etapa de compresión, que permite la inflamación del combustible al inyectarse en la cámara de combustión.

El motor diesel fue inventado en el año 1893 por el ingeniero Rudolf Diesel. De origen francés, aunque de familia alemana, fue empleado de la firma MAN (Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg), dedicada a la producción de motores y vehículos de carga.

Durante años Diesel trabajó para poder utilizar otros combustibles de mayores prestaciones y diferentes a la gasolina, basados en los principios de los motores de compresión, sin ignición por chispa, cuyos orígenes se remontan a la máquina de vapor. Así fue como a finales del siglo XIX, en el año 1897, MAN produjo el primer motor conforme a los estudios de Rudolf Diesel, encontrando para su funcionamiento, un combustible poco volátil, el fuel-oil o aceite liviano.

En la actualidad, los motores diesel se utilizan en múltiples aplicaciones: automóviles, maquinaria agrícola, propulsión marina y producción eléctrica; siendo la alternativa principal de los motores de gasolina (ciclo Otto).

Los gases resultantes del proceso de combustión empujan un émbolo o pistón, que se desplaza por el interior de un cilindro, y hace girar un cigüeñal para obtener, finalmente, un movimiento de rotación.

El funcionamiento cíclico de estos motores implica la necesidad de sustituir los gases producto de la combustión por nueva mezcla de aire y combustible. A este proceso se le denomina renovación de la carga.

Los motores diesel realizan su ciclo de trabajo en dos o cuatro tiempos, en función de cómo se efectúe la renovación de la carga.

• Los motores de cuatro tiempos (4T) completan el ciclo de trabajo en cuatro carreras del émbolo y dos vueltas de cigüeñal. En estos motores, la renovación de la carga se controla mediante la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape. Las fases del ciclo son: admisión, compresión, expansión y escape.

• Los motores de dos tiempos (2T) completan el ciclo de trabajo en dos carreras de émbolo y una vuelta de cigüeñal. La renovación de la carga se realiza por barrido, al desplazar la mezcla fresca los gases generados en la combustión.

De forma general, el motor diesel está formado por la tapa de balancines, la culata, el bloque motor, y el cárter. En el bloque motor se aloja el tren alternativo, formado por el cigüeñal, las bielas y los pistones. En la culata se encuentran las válvulas y colectores de admisión y escape; las canalizaciones para la circulación del lubricante y del líquido refrigerante; y los orificios roscados para las bujías e inyectores. La tapa de balancines y el cárter cierran el motor por la parte superior e inferior, respectivamente.

El resto de sistemas o componentes que completan el motor son: el sistema de distribución y el árbol de levas; el sistema de inyección; el sistema de encendido; la batería y el alternador; los sistemas de admisión y escape; el sistema de refrigeración; y el sistema de lubricación.

El ciclo diesel es el ciclo de referencia asignado a los motores de encendido por compresión, para explicar de forma simple y teórica los procesos que en ellos concurren.

Se trata de una idealización del ciclo del motor, en el que se omiten los procesos de renovación de la carga, y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto. Además, se acepta que todos los procesos son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido.

El ciclo diesel está formado por 4 líneas térmicas:

a) 1-2 Compresión adiabática: Proceso de compresión adiabática isentrópica. El fluido termodinámico se comprime aumentando su presión, su temperatura, y disminuyendo su volumen específico. Esta etapa se asocia con la carrera de compresión del aire en el motor real.

b) 2-3 Aportación de calor a presión constante: El aporte de calor se simplifica por un proceso isobaro (a presión constante). Esta etapa se asocia con la combustión, y la primera parte de la carrera de expansión de los gases.

c) 3-4 expansión adiabática: Proceso de expansión adiabática isentrópica. El fluido termodinámico se expande hasta el volumen específico que tenía al inicio de la compresión. Esta etapa se asocia con la parte final de la carrera de expansión. Solo durante la expansión se produce trabajo.

d) 4-1 Extracción de calor a volumen constante: Proceso isocórico (a volumen constante) de extracción de calor. Esta etapa carece de significado físico, y se emplea para poder cerrar el ciclo ideal. Esta etapa se asocia con el escape y la renovación de la carga.

Trasladando el ciclo teórico al motor real, se concluirá que las características más significativas son la aportación de calor a presión constante, y que debe existir una relación de compresión suficiente para garantizar el encendido por compresión.

La obtención de energía mecánica en los motores alternativos de combustión interna se logra como resultado del proceso de combustión de un combustible con aire. Se debe considerar que no todos los combustibles son adecuados para estos motores, ya que deberán favorecer su combustión intermitente característica: ignición-propagación-extinción.

Los combustibles más adecuados para los motores diesel son las fracciones más pesadas del petróleo o gasóleos. Estos hidrocarburos líquidos, en su mayoría n-parafinas, poseen cadenas con elevado número de átomos de carbono (entre 16 y 34) y baja temperatura de inflamación.

Los gasóleos de automoción tienen menos volatilidad y más viscosidad que las gasolinas. En general, tanto la volatilidad como la viscosidad afectan a las características del chorro inyector, por lo que pueden influir en la potencia y el rendimiento del motor.

El motor diesel es más eficiente termodinámicamente que el motor de gasolina. Esto es debido a que puede aumentar su relación de compresión sin riesgos de que se produzcan fenómenos de detonación. A plena carga, el rendimiento de un motor diesel está sobre el 40% frente al 30% de un motor de gasolina. Y, en consecuencia, consume menos combustible y emite menos contaminantes.

Por el contrario, el motor diesel presenta una mayor relación peso/potencia, ya que los materiales constructivos deben aguantar la mayor presión de trabajo. Esto se traduce en un mayor precio, un aumento de los costes de mantenimiento, y una reducción de las prestaciones. En la actualidad, debido a mejoras como la inyección electrónica y el turbocompresor, estas desventajas se están reduciendo.

es.wikipedia.org

Motores Alternativos de Combustión Interna. Muñoz-Moreno-Morea. Universidad de Zaragoza

Motores Alternativos de Combustión Interna. Los Autores. Universidad Politécnica de Cataluña

Motores de Combustión Interna Alternativos. Muñoz-Payri. Universidad Politécnica de Valencia

Autor: Adrián Jesús Checa Aliende