Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 9
Ahora se define una nueva cantidad, la relación de corte de admisión r c , como
la relación de los volúmenes del cilindro antes y después del proceso de combustión:
r c
V 3
V 2
v 3
v 2
(9-11)
Al usar esta definición y las relaciones de gas ideal isentrópicas para los procesos
1-2 y 3-4, la relación de la eficiencia térmica se reduce a
h tér,Diesel 1 1
r k1 c r k c 1
k 1r c 12 d
(9-12)
donde r es la relación de compresión definida por la ecuación 9-9. Si se observa cuidadosamente
la ecuación 9-12, se notará que bajo las suposiciones de aire estándar
frío la eficiencia de un ciclo Diesel difiere de la de un ciclo de Otto por la cantidad
que está entre paréntesis, la cual siempre es mayor que 1. Por lo tanto,
h tér,Otto 7 h tér,Diesel
(9-13)
cuando ambos ciclos operan a la misma relación de compresión. Asimismo, cuando
la relación de corte de admisión disminuye, la eficiencia del ciclo Diesel aumenta
(Fig. 9-22). Para el caso límite de r c 1, la cantidad entre paréntesis se vuelve la
unidad (¿puede usted demostrarlo?), y las eficiencias de los ciclos de Otto y Diesel
se vuelven idénticas. Recuerde, sin embargo, que los motores diesel operan con
relaciones de compresión mucho más altas, por lo que suelen ser más eficientes
que los de encendido por chispa (gasolina). Los motores diesel también queman el
combustible de manera más completa, ya que usualmente operan a menores revoluciones
por minuto y la relación de masa de aire y combustible es mucho mayor
que en los motores de encendido por chispa. Las eficiencias térmicas de los motores
diesel varían aproximadamente entre 35 y 40 por ciento.
La mayor eficiencia y el menor costo de combustible de los motores diesel
los convierte en la opción más indicada para aplicaciones que requieren cantidades
relativamente grandes de potencia, como los motores de locomotoras,
las unidades de generación de electricidad de emergencia, grandes barcos y pesados
camiones. Un ejemplo de qué tan grande puede ser un motor diesel es el
de 12 cilindros construido en 1964 por la corporación italiana Fiat, el cual tenía
una salida de potencia normal de 25 200 hp (18.8 MW) a 122 rpm, un diámetro
del cilindro de 90 cm y una carrera de 91 cm.
En los motores de ignición y compresión de alta velocidad, se inyecta combustible
en la cámara de combustión con una rapidez mucho mayor en comparación
con los primeros motores diesel. El combustible inicia su ignición en una etapa
avanzada del ciclo de compresión y, en consecuencia, parte de la combustión
tiene lugar casi a volumen constante. La inyección de combustible continúa hasta
que el pistón alcanza el centro muerto superior, y la combustión del combustible
mantiene alta la presión hasta bien entrado el ciclo de expansión. Así, el proceso
completo de combustión se puede modelar mejor como la combinación de procesos
a volumen constante y a presión constante. El ciclo ideal basado en este
concepto recibe el nombre de ciclo dual y su diagrama P-v se presenta en la
figura 9-23. Las cantidades relativas de calor transferido durante cada proceso
pueden ajustarse para asemejar al ciclo real con mayor exactitud. Observe que
tanto el ciclo de Otto como el Diesel pueden obtenerse como casos especiales
del ciclo dual. El ciclo Dual es un modelo más realista que el ciclo diesel para
representar motores modernos de alta velocidad encendidos por compresión.
η tér,Diesel
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
r c
= 1 (Otto)
2
3
4
Relaciones
de compresión
típicas para
motores
diesel
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Relación de compresión, r
FIGURA 9-22
Eficiencia térmica del ciclo Diesel
ideal como una función de las relaciones
de compresión y de cierre de
admisión (k 1.4).
P
X
2
3
q entrada
Isentrópico
Isentrópico
4
1
q salida
FIGURA 9-23
Diagrama P-v para el ciclo dual ideal.
v