Diagnostico Exergetico de un motor a Diésel

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Diagnostico Exergetico de un motor a Diésel.

Introducción.

Maquinas terminas.

Las máquinas térmicas se diseñan con el propósito de convertir energía térmica en trabajo y su desempeño se expresa en términos de la eficiencia energética neta, que es la relación entre el trabajo neto producido por la máquina y la entrada de calor total. Éstas son máquinas que tienen por objeto transformar la energía química obtenida de la combustión de combustibles líquidos en energía mecánica o de movimiento, la cual es directamente utilizable para la realización de un trabajo.

Así entonces tenemos que:

    o  [pic 3][pic 4]

Donde:

𝜂 = Eficiencia térmica, 𝑊 = Trabajo neto, 𝑄 = Energía de entrada

Consideración del Aire:

En los ciclos de potencia de gas, el fluido se mantiene como gas durante todo el ciclo.
Las maquinas que operan en un ciclo de gas también lo utilizan los motores Diésel.

Los ciclos de potencia reales son bastante complejos, para reducir el análisis en un nivel manejable de datos, se utiliza las aproximaciones como suposiciones, estas son:

1. El fluido de trabajo es aire que circula de modo continuo en un circuito cerrado y siempre se comporta como un gas ideal.
2. Todos los procesos que integran el ciclo son internamente reversibles.
3. El proceso de combustión es sustituido por un proceso de adición de calor desde una fuerte externa.
4. El proceso de escape es sustituido por un proceso de rechazo de calor que regresa al fluido de trabajo a su estado inicial.
5. El aire tiene calores específicos constantes cuyos valores determinan a temperatura ambiente (25°C o 77 °F) (Aire frio estándar)

Cilindrada:

El volumen total del cilindro 𝑉𝑚𝑎𝑥 es el espacio comprendido entre la culata y el pistón cuando este se halla en el PMI. Viene expresado por lo general en 𝑐𝑚3. El Volumen de la cámara de combustión “𝑉𝑚𝑖𝑛” o volumen de espacio libre está comprendido entre la culata y el pistón cuando este se halla en el PMS y suele expresarse en 𝑐𝑚3[pic 5]

A la diferencia del (𝑉𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑚𝑖𝑛) se le conoce como carrera del motor o cilindrada y es el generado por el pistón en su movimiento alternativo desde el PMS hasta el PMI y también se expresa en 𝑐𝑚3.

La relación entre el máximo volumen que se forma en el cilindro y el volumen mínimo recibe el nombre de relación volumétrica de compresión o relación de compresión 𝑟𝐶 del motor

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Presión media efectiva 𝑃𝑀𝐸 es una presión en modo ficticio en una suposición que actúe sobre el embolo durante la carrera de potencia. Esto produciría el mismo valor en la cantidad de trabajo neto que el que se produce en el ciclo ideal.

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Motor Diésel:

El motor Diésel es el mayor competidor del motor a gasolina, hoy en la actualidad, en su mayor avance tecnológico ha dejado de ser lento y contaminante.

Ciclo diésel:

El ciclo diésel es el ciclo ideal para las máquinas reciprocantes de encendido por compresión. En los motores de encendido por compresión o motores diésel el aire se comprime hasta una temperatura que es superior a la temperatura de autoencendido del combustible, y la combustión inicia al contacto, cuando el combustible se inyecta dentro de este aire caliente. Por lo tanto, en los motores diésel la bujía y el carburador son sustituidos por un inyector de combustible. Por lo tanto, los motores Diésel pueden ser diseñados para operar en relaciones de compresión mucho más altas, generalmente entre 12 y 24. En los motores a diésel, el aire se comprime durante la carrera de compresión, eliminando la posibilidad de autoencendido.

El Ciclo diésel es un modelo simplificado de lo que ocurre en un motor diésel. El proceso de inyección del aceite combustible en los motores diésel empieza cuando el pistón se aproxima al PMS y continúa durante la primera parte de la carrera de potencia. Por lo tanto, en estos motores el proceso de combustión sucede durante un periodo más largo. Debido a esta mayor duración, el proceso de combustión en el ciclo diésel ideal se obtiene como un proceso de adición de calor a presión constante.

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Compresión 1-2.- El proceso que se lleva a cabo entre los estados 1 y 2 es una compresión isentrópica, es decir, sin intercambio de calor con el exterior y representa la compresión de la masa de aire fresca que ingresa al cilindro del motor diésel con las válvulas de admisión y escape cerradas. El pistón en el PMI empieza su carrera de ascenso, comprimiendo al aire hasta llegar al PMS modificando sus propiedades termodinámicas, al elevar su presión, temperatura y disminuyendo el volumen especifico, por efecto del principio adiabático.

Combustión 2-3.- En esta fase del ciclo se efectúa la adición de calor “𝑄𝑒” como un proceso isobárico (a presión constante). Si bien es cierto el ciclo real de la combustión diésel es complejo, ya que poco antes de que el pistón alcance el PMS, con las válvulas de admisión y escape cerradas, el inyector pulveriza el combustible dentro de la cámara que la ponerse en contacto con el aire caliente comienza a evaporarse antes de que haya comenzado la inyección de todo el combustible en el interior del cilindro, un 20% de las gotas de combustible inyectado se auto inflaman y da comienzo a una primera combustión caracterizada por ser muy turbulenta e imperfecta por no tener el tiempo suficiente para homogeneizarse la mezcla de aire y combustible. El 80% de aire restante que no ha sido quemado se da en una segunda combustión pausada y perfecta, que es la que se idealiza para ser simplificada por un proceso isobárico. Como consecuencia de la combustión se eleva la temperatura del fluido activo, debido a la energía química liberada por el proceso de combustión y que el ciclo ideal se ha considerado como una adición de calor que el aire a recibido de una fuente externa como un proceso isobárico reversible.

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