2.4: Motores Diesel

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2.4 Motores Diesel

Rudolf Diesel desarrolló por primera vez motores Diesel en el siglo XIX. Lo hizo porque quería desarrollar un motor que fuera más eficiente que un motor Otto y que pudiera usar combustible de peor calidad que la gasolina. El motor Diesel también opera en un ciclo de cuatro tiempos, pero existen algunas diferencias importantes. Los motores diesel tienen una alta relación de compresión (CR) - un motor Diesel pequeño tiene un CR de 13:1, mientras que un motor Otto de alto rendimiento tiene un CR de 10:1. Tras la carrera de compresión (carrera 2), hay un alto aumento de temperatura y presión. En la tercera carrera, se inyecta combustible y se enciende debido a la alta temperatura y presión del aire comprimido. Puedes ver una animación de esto en How Stuff Works (Brain, Marshall. 'Cómo funcionan los motores diesel' 01 de abril del 2000. HowStuffworks.com). Los motores diesel utilizan el combustible de manera más eficiente; y en condiciones comparables, un motor Diesel siempre obtendrá una mejor eficiencia de combustible que un motor Otto de gasolina. Esencialmente, los motores Diesel operan golpeando. El golpeteo continuo tiene dos consecuencias: 1) un motor Diesel debe estar construido de manera más resistente que un motor de gasolina, por lo que es más pesado y tiene una vida útil más larga: 300,000-350,000 millas antes del servicio principal del motor, y 2) los estándares de combustible están “al revés” de los de la gasolina; queremos que el combustible golpee.

Diagrama del costo del petróleo crudo, ver subtítulo — Figura 2.12: El esquema muestra cómo el costo del petróleo crudo, el costo de refinación, el costo de distribución y comercialización, y el costo de los impuestos contribuyen al costo general del diesel en octubre de 2015. El desglose de los precios del diesel para octubre de 2015, Precio al por menor = $2.52/galón. Impuestos = 21%, Distribución y Comercialización = 19%, Refinación = 18%, Petróleo Crudo = 43%.

*Crédito: por US DOE EIA (Actualización de Gasolina y Combustible Diesel) [Dominio público], vía Wikimedia Commons*

Combustible Diesel

El combustible diesel tiene un rango de ebullición mucho mayor que la gasolina. Las moléculas son más grandes que la gasolina, y la escala de octano no se puede usar como guía. La escala que se utiliza para el combustible diesel se llama el número de cetano. El compuesto, cetano, o hexadecano, C ₁₆ H ₃₄, es el estándar donde el número de cetano es 100. Para el cetano número 0 (el otro extremo de la escala), el compuesto químico utilizado es metilnaftaleno, un compuesto aromático que no golpea. La mayoría de los combustibles diesel tendrán números de cetano de 40-55, con el valor en Europa en el extremo superior y el valor en Estados Unidos en el extremo inferior de ese rango. En una refinería, los combustibles diesel se procesan de la misma manera que los combustibles para aviones, utilizando reacciones de hidrogenación para eliminar azufre y nitrógeno y haciendo reaccionar aromáticos a hidroaromáticos y cicloalcanos. También se debe realizar el desparafinado para mejorar la viscosidad y los problemas de baja temperatura, particularmente en climas más fríos. Por lo tanto, la Figura 2.11 aplica tanto al combustible diesel como al combustible para aviones. Excepto en aviones, los motores Diesel dominan las aplicaciones de motores de combustión interna. Son estándar para camiones grandes; dominan los ferrocarriles en Norteamérica y otros países; son comunes en los autobuses; y están adaptados en autos pequeños y camiones, particularmente en Europa.

carrera de admisión y compresión del pistón: el pistón de carrera de admisión se mueve hacia abajo (solo aire); el pistón de carrera de compresión sube las válvulas cerradas — Figura 2.12a: Para un motor Diesel, la relación de compresión (x/y) es mayor y solo se inyecta aire en la primera carrera, por lo que solo se comprime aire en la segunda carrera, y a una presión y temperatura más altas que con un motor Otto.

*Crédito: Dra. Caroline B. Clifford*

carreras de encendido y escape de los pistones: el pistón de encendido se mueve hacia abajo las válvulas cerradas; el pistón de carrera de escape se mueve hacia arriba — Figura 2.12b: El combustible se inyecta en la tercera carrera a alta presión y temperatura, que es lo que hace que ocurra la ignición. No hay bujías en un motor Diesel.

*Crédito: Dra. Caroline B. Clifford*