Ciclo diesel | sus características importantes con problemas resueltos y más de 5 preguntas frecuentes

Puntos clave:

Contenido:

Ciclo diésel

El motor Diesel nació por Rudolph Diesel en 1892, y fue una modificación algo del motor SI al eliminar la bujía e introducir un inyector de combustible. La idea era superar el problema de la compresión de la mezcla de aire y combustible y reemplazarla con solo compresión de aire y suministrar combustible a alta presión y alta temperatura para el proceso de combustión.

Definición del ciclo diesel

El ciclo diesel o ciclo diesel ideal es el ciclo de producción de energía que genera la cigüeña de energía a presión constante. Se utiliza en motores alternativos de combustión interna con combustible como Diesel.

Ciclo de combustión diesel

La entrada de trabajo requerida en el ciclo diesel es para la compresión de aire, y la salida de trabajo se obtiene mediante la combustión del combustible que causa la carrera de potencia. Se considera que la combustión se realiza a presión constante (proceso isobárico), lo que produce un aumento de volumen y temperatura.

El proceso comienza aspirando el aire atmosférico en el cilindro, luego tiene lugar el proceso de compresión, lo que resulta en un aumento de la presión y la temperatura del aire.

Al final de esta etapa, el aire está a alta temperatura y alta presión, un poco antes del final de la etapa de compresión, el combustible se agrega a través del inyector de combustible. a medida que el combustible entra en contacto con este aire a alta temperatura y alta presión, se autoinflama y se produce la etapa de combustión.

La combustión del combustible enriquecedor da como resultado la generación de energía, lo que da como resultado la carrera de potencia, es decir, el pistón se empuja hacia atrás con un alto, lo que resulta en una producción de trabajo que la última etapa, es decir, se produce el agotamiento, para dejar salir el gas quemado en el cilindro.

Y luego, se repite el proceso.

Para obtener una salida continua, debemos organizar la cantidad de cilindros en lugar de solo uno.

Diagrama fotovoltaico del ciclo diesel | ciclo diesel ts | diagrama pv y ts del ciclo diesel | ciclo diesel pv ts diagrama | diagrama de ciclo diesel

Ciclo diesel
PV daigram
TS daigram
TS daigram

procesos:

1'- 1: succión de aire atmosférico

El aire atmosférico se aspira al interior del cilindro para llevar a cabo el proceso de compresión. cuando el pistón se desplaza hacia abajo hacia el punto muerto inferior.

El sistema actúa como un sistema abierto.

1-2: Compresión adiabática isentrópica

El pistón viaja desde la parte inferior del cilindro (BDC) hasta la parte superior del cilindro (TDC), comprimiendo el aire adiabáticamente, manteniendo la entropía constante. No se tiene en cuenta la interacción calor-calor. El sistema actúa como un sistema cerrado.

2-3: Adición de calor a presión constante

Justo antes del final de la carrera de compresión, el combustible se inyecta con la ayuda de un colector de combustible, y esta mezcla de combustible con alta temperatura y aire a alta presión hace que el combustible se encienda automáticamente (a diferencia del motor de gasolina, el motor diésel no tiene bujía para ayudar al proceso de combustión, tiene inyector de combustible colocado para insertar el combustible) y liberando el calor en gran cantidad, provocando la fuerza en la cabeza del pistón haciendo que se mueva a BDC. Este proceso se realiza a presión constante. (El proceso real no es posible bajo presión constante). En un punto, actúa como un sistema abierto cuando el combustible ingresa al sistema.

3-4: Expansión adiabática isentrópica

El pistón se desplaza desde la parte superior del cilindro (TDC) hasta la parte inferior del cilindro (BDC) debido a la fuerza resultante de la combustión. Y la expansión tiene lugar con entropía constante. No se tiene en cuenta la interacción del calor.

El sistema actúa como un sistema cerrado.

4-1-4 ': Escape de gases quemados

El gas quemado sale por el puerto de escape para comenzar el siguiente ciclo. El sistema actúa nuevamente como un sistema abierto. asumimos que el proceso de agotamiento tiene lugar a volumen constante.

Análisis del ciclo diesel

1. El pistón en el motor alternativo se mueve desde el centro muerto superior al centro muerto inferior, lo que provoca baja presión dentro del cilindro. En este punto, el puerto de entrada se abre permitiendo que entre aire fresco rico en oxígeno atmosférico en el cilindro. El sistema alternativo actúa como el sistema abierto durante este proceso, permitiendo que la masa ingrese al sistema.

este proceso se realiza a presión constante (1′-1)

Al final de la succión, el puerto se cierra y el sistema actúa como un sistema cerrado.

2. El proceso de ciclo ideal comienza cuando el pistón alcanza el punto muerto inferior y comienza a moverse hacia el punto muerto superior.

El motor alternativo juega como un sistema cerrado. El aire dentro del cilindro es comprimido por el pistón. la compresión es isentrópica-adiabática. (Sin generación de entropía y sin consideración de calor). Como resultado de la compresión, el aire alcanza alta presión y alta temperatura.

Antes de que el pistón llegue a la parte superior del cilindro (TDC), el combustible pasa a través del colector hacia el cilindro.

Este combustible introducido está en forma de spray; a medida que el combustible entra en contacto con el entorno de alta presión y alta temperatura, se autoinflama (no se necesita bujía), provocando la liberación de energía (la energía química se transforma en energía térmica).

3. La generación de energía real tiene lugar en este proceso; la alta fuerza se genera cuando tiene lugar la combustión, y fuerza al pistón desde el centro muerto superior al centro muerto inferior. El proceso de expansión tiene lugar en este punto.

La fuerza se transmite para hacer funcionar el cigüeñal y generar la energía mecánica a partir de la energía térmica.

(Esta carrera también se conoce como carrera de potencia, en un motor de cuatro tiempos obtenemos una carrera de potencia por cada dos rotaciones, mientras que en dos tiempos obtenemos una carrera de potencia por cada rotación).

4. El gas quemado (residuo) debe salir del cilindro, por lo que el trabajo se realiza por pistón por
pasar de BDC a TDC

Y el ciclo de se completa.

(Si el motor alternativo es de cuatro tiempos, cada operación se realiza por separado, mientras que para dos tiempos se realizan dos operaciones simultáneamente).

Derivación del ciclo diesel | fórmula del ciclo diesel

Calor rechazado:

calor \ rechazado. \ Q_ {2} = \ Q_ {4-1} = \ m \ Cv \ (T_4-T_1)

Salida de trabajo:

W_ {net} = Q_ {net} = Q_1-Q_2

W_ {net} = Q_ {2-3} -Q_ {4-1}

W_ {net} = m \ Cp \ (T_3-T_2) -m \ Cv \ (T_4-T_1)

Relación de compresión

r_ {k} = \ \ frac {V_1} {V_2} = \ \ frac {v_1} {v_2}

Ratio de expansión

r_ {e} = \ \ frac {V_4} {V_3} = \ \ frac {v_4} {v_3}

Relación de corte:

r_ {c} = \ \ frac {V_3} {V_2} = \ \ frac {v_3} {v_2}

podemos correlacionar la ecuación anterior en la siguiente forma:

La ración de compresión se puede definir como el producto de la ración de expansión y la razón de corte.

r_ {k} = \ r_e \ times r_c

Veamos la derivación de cada proceso individual:

Proceso 3-4:

\ frac {T_4} {T_3} = \ \ left (\ frac {v_3} {v_4} \ right) ^ {\ gamma -1} = \ frac {1} {{r_e} ^ {\ gamma -1}}

T_4 = \ T_3 \. \ \ Frac {{r_c} ^ {\ gamma -1}} {{r_k} ^ {\ gamma -1}}

Proceso 2-3:

\ frac {T_2} {T_3} = \ \ frac {p_2 v_2} {p_3v_ {3}} = \ \ frac {v_2} {v_3} = \ \ frac {1} {r_c}

T_2 = \ T_3 \. \ \ Frac {1} {r_c}

Proceso 1-2:

\ frac {T_1} {T_2} = \ \ left (\ frac {v_2} {v_1} \ right) ^ {\ gamma -1} = \ frac {1} {{r_k} ^ {\ gamma -1}}

T_1 = T_2 \. \ \ Frac {1} {{r_k} ^ {\ gamma -1}} = \ \ frac {T_3} {r_c} \. \ \ Frac {1} {{r_k} ^ {\ gamma - 1}}

Usaremos además estos valores de temperatura para obtener la ecuación de eficiencia.

La eficiencia de la derivación del ciclo diesel | eficiencia del ciclo diesel | derivación de la eficiencia del ciclo diesel | eficiencia estándar del aire del ciclo diesel | fórmula de eficiencia del ciclo diesel | derivación de la eficiencia del ciclo diesel | eficiencia térmica del ciclo diesel

Efficiency

Eficiencia = \ \ frac {Trabajo \ salida} {Trabajo \ entrada}

\ eta = \ \ frac {W_ {net}} {Q_ {in}}

\ eta = \ \ frac {Q_1-Q_2} {Q_ {1}}

\ eta = \ 1- \ frac {Q_2} {Q_ {1}}

\ eta = \ 1- \ frac {m \ Cv \ (T_4-T_1))} {m \ Cp \ (T_3-T_2)}

\ eta = \ 1- \ frac {T_4-T_1} {\ gamma \ (T_3-T_2)}

Sustituyendo T1,T2,T3 en ef enq

\ eta = \ 1 \ - \ frac {T_3. \ frac {{r_c} ^ {\ gamma -1}} {{r_k} ^ {\ gamma -1}}. \ frac {T_3} {r_c} \ frac {1} {{r_k} ^ {\ gamma -1}}} {\ gamma \ left (T_3-T_3 \. \ Frac {1} {r_c} \ right)}

\ eta _ {Diesel} = \ 1- \ \ frac {1} {\ gamma} \. \ \ frac {1} {{r_k} ^ {\ gamma -1}} \. \ \ frac {{r_c} ^ {\ gamma} -1} {{r_c} -1}

Relación de compresión del ciclo diesel

La relación de compresión del ciclo diesel es la relación entre el volumen máximo disponible en el cilindro cuando el pistón está en el punto muerto inferior- (BDC) y el volumen mínimo disponible cuando el pistón está en TDC.

Compresión \ ratio = \ frac {Total \ volume} {liquidación \ volumen}

r_ {k} = \ \ frac {V_1} {V_2} = \ \ frac {v_1} {v_2}

Fórmula de presión media efectiva para ciclo diésel

La presión efectiva media es la relación entre la red realizada y el volumen de barrido.

MEP = \ frac {net work-output} {Swept \ volume}

MEP = \ frac {m \ Cp \ (T_3-T_2) -m \ Cv \ (T_4-T_1)} {v_1-v_2}

Relación de corte en ciclo diesel

La relación de corte en el ciclo diesel se define como la relación entre el volumen después de la combustión y el volumen antes de la combustión.

Corte \ ratio = \ frac {Compresión \ ratio} {Expansión \ ratio}

r_ {c} = \ \ frac {V_3} {V_2} = \ \ frac {v_3} {v_2}

Ciclo semidiésel

El ciclo semidiésel, también conocido como ciclo dual, es la combinación de ciclos otto y diésel.

En este ciclo semi-diesel / dual, el calor se agrega tanto a volumen constante como a presión constante.

(solo hay una modificación simple, la parte de calor agregada está por debajo del volumen constante y la parte restante de calor se agrega a presión constante)

Diagrama fotovoltaico

proceso:

Diagrama TS

1-2: Compresión adiabática isentrópica:

El aire se comprime adiabáticamente, mantiene la entropía constante y no hay interacción de calor.

2-3: Volumen constante Adición de calor:

Justo antes del final de la carrera de compresión, es decir, el pistón alcanza el PMS del cilindro, el combustible se
agregado y la combustión tienen lugar en una condición isocórica, (volumen constante).

3-4: Adición de calor a presión constante

Una parte de la combustión también se lleva a cabo a presión constante. y con este calor se completa la adición.

4-5: Expansión adiabática isentrópica

Ahora, a medida que se genera la gran cantidad de fuerza, empuja el pistón ahora y provoca la carrera de potencia.

La producción de trabajo se obtiene en este punto.

5-6: Rechazo de calor de volumen constante

Al final, el gas quemado se deja salir del sistema para dejar lugar para el suministro de aire fresco y realizar el siguiente ciclo.

Diésel de dos ciclos

Un motor diesel de dos tiempos, también conocido como motor diesel de dos tiempos, funciona de manera similar a un motor diesel de cuatro tiempos. Pero proporciona una carrera de potencia para cada revolución, mientras que un motor de cuatro tiempos proporciona una carrera de potencia para dos revoluciones.

Existe un puerto de transferencia dentro del cilindro para realizar dos operaciones simultáneamente.

Cuando tiene lugar la compresión, también se lleva a cabo la succión.

Y cuando se produce la expansión, se produce la entrada de aire rico en oxígeno, lo que permite que los gases de escape se quemen.

Simultaneamente.

Diferencia entre ciclo diesel y otto | ciclo diesel vs otto

parámetrosCiclo dieselCiclo Otto
DefinirEl ciclo diesel o ciclo diesel ideal es el ciclo de producción de energía donde la adición de calor tiene lugar a presión constante.El ciclo Otto es también el ciclo ideal de generación de energía, donde la adición de calor tiene lugar en condiciones isocóricas (volumen constante).
Diagrama TS
ProcesoDos isentrópicos (1-2 y 3-4)
Una adición de calor isobárico (2-3)
Un rechazo de calor isocórico (4-1)
Dos isentrópicos (1-2 y 3-4)
una adición de calor isocórico (2-3)
un rechazo de calor isocórico (4-1)
Relación de compresiónLa eficiencia del ciclo diesel es más en comparación con el ciclo Otto.La eficiencia del ciclo diesel es menor en comparación con el ciclo Otto.
Misma relación de compresiónLa eficiencia del ciclo diesel es menor en comparación con el ciclo Otto.La eficiencia del ciclo diesel es más comparada con el ciclo Otto.
Misma presión máximaLa eficiencia del ciclo diesel es menor en comparación con el ciclo Otto.La eficiencia del ciclo diesel es más comparada con el ciclo Otto.
AplicaciónEl ciclo diésel se utiliza para motores diésel / ICEl ciclo Otto se utiliza para motores de gasolina / SI

diferencia entre ciclo diesel ciclo otto y ciclo dual

parámetrosCiclo dieselCiclo OttoCiclo dual
DefinirEl ciclo diesel o ciclo diesel ideal es el ciclo de producción de energía donde la adición de calor tiene lugar a presión constante.El ciclo Otto es también el ciclo ideal de generación de energía, donde la adición de calor tiene lugar en condiciones isocóricas (volumen constante).El ciclo dual o semidiésel es una combinación de los ciclos Otto y diésel. En este ciclo, el calor se agrega tanto en condición isocórica (volumen constante) como en condición isobárica (presión constante).
Diagrama TS
ProcesoDos isentrópicos (1-2 y 3-4)
Una adición de calor isobárico (2-3)
Un rechazo de calor isocórico (4-1)
Dos isentrópicas (1-2 y 3-4) una adición de calor isocórica (2-3)
un rechazo de calor isocórico (4-1)
Dos isentrópicos (1-2 y 4-5)
Una adición de calor isocórico (2-3)
Una adición de calor isobárico (3-4)
Un rechazo de calor isocórico (4-1)
Relación de compresiónLa relación de compresión es de 15-20La relación de compresión es de 8-10La relación de compresión es 14
Misma relación de compresiónLa eficiencia del ciclo diesel es más comparada con el ciclo Otto.La eficiencia del ciclo diesel es menor en comparación con el ciclo Otto.La eficiencia está entre
ambos ciclos (es decir, Otto y
Diesel)
Misma presión máximaLa eficiencia del ciclo diesel es menor en comparación con el ciclo Otto.La eficiencia del ciclo diesel es más comparada con el ciclo Otto.La eficiencia está entre
ambos ciclos (es decir, Otto y
Diesel)
AplicaciónEl ciclo diésel se utiliza para motores diésel / ICEl ciclo Otto se utiliza para motores de gasolina / SIEl ciclo dual se utiliza para el motor IC.

Aplicación del ciclo diesel

Motores diésel de combustión interna:

  • Motores de automóviles
  • Barcos y aplicaciones marinas
  • Transporte y Vehículos.
  • maquinaria usada para la agricultura
  • equipos y maquinas de construccion
  • militar y de defensa
  • HVAC
  • Generación de energía

Ventajas del motor diesel

Los nuevos avances han hecho que el rendimiento del motor diesel sea bastante bueno, es menos ruidoso y tiene un bajo costo de mantenimiento.

Los motores diesel son fiables y robustos.

No necesita bujía, el combustible utilizado es de naturaleza autoinflamable.

El costo del combustible también es bajo en comparación con la gasolina.

problemas de muestra del ciclo diesel | ejemplo de ciclo diesel | problemas de ejemplo del ciclo diesel

P1.Con una relación de compresión de 14 y un corte al 6%, ¿cuál será la eficiencia del ciclo diesel?

Ans =

r_k = \ frac {v_1} {v_2} = 14

v_3-v_2=0.06(v_1-v_2)

v_3-v_2=0.06(14v_2-v_2)

v_3-v_2 = 0.78 v_2

v_3 = 1.78 v_2

Relación de corte, r_c = \ frac {v_3} {v_2} = 1.78

\ eta _ {Diesel} = \ 1- \ \ frac {1} {\ gamma} \. \ \ frac {1} {{r_k} ^ {\ gamma -1}} \. \ \ frac {{r_c} ^ {\ gamma} -1} {{r_c} -1}

\ eta _ {Diésel} = \ 1- \ \ frac {1} {1.4} \. \ \ frac {1} {{14} ^ {\ 1.4 -1}} \. \ \ frac {{1.78} ^ { 1.4} -1} {{1.78} -1}

\eta _{Diesel}=\ 1-0.248.\frac{1.24}{0.78}=0.605

\ eta _ {Diésel} = 60.5%

Q2. Ciclo diesel estándar con relación de compresión de 16, se agrega calor a una presión constante de 0.1 MPa. La compresión comienza a los 15 grados Celsius y alcanza los 1480 grados Celsius al final de la combustión.

Encuentra el siguiente:

1. Relación de corte

2. Calor añadido / kg de aire

3. Eficiencia

4. MEP

Ans =

r_k = \ frac {v_1} {v_2} = 16

T1= 273 + 15 = 288K


p1= 0.1 MPa = 100 KN / m2


T3 = 1480 + 273 = 1735K

\ frac {T_2} {T_1} = \ left (\ frac {v_1} {v_2} \ right) ^ {\ gamma -1} = (16) ^ {0.4} = 3.03

T_2 = 288 \ times 3.03 = 873K

\frac{p_2v_2}{T_2}=\frac{p_3v_3}{T_3}

(a) Relación de corte:
r_c=\frac{v_3}{v_2}=\frac{T_3}{T_2}=\frac{1753}{273}=2.01

(b) Suministro de calor:
Q_1 = Cp \ (T_3-T_2)

Q_1 = 1.005 \ (1753-873)

Q_1 = 884.4 kJ / kg

\ frac {T_3} {T_4} = \ left (\ frac {v_4} {v_3} \ right) ^ {\ gamma -1} = \ left (\ frac {v_1} {v_2} \ times \ frac {v_2} { v_3} \ right) ^ {\ gamma -1} = \ left (\ frac {16} {2.01} \ right) ^ {0.4} = 2.29

T_4 = \ frac {1753} {2.29} = 766 \ K

calor proyectado,

Q_2 = Cv \ (T_4-T_1)

Q_2=0.718\ (766-288)=343.2kJ/kg

(c) Eficiencia del ciclo = 1- \ frac {Q_2} {Q_1}

\eta =1-\frac{343.2}{884.4}=0.612=61.2%

También se puede determinar mediante;

\ eta _ {Diesel} = \ 1- \ \ frac {1} {\ gamma} \. \ \ frac {1} {{r_k} ^ {\ gamma -1}} \. \ \ frac {{r_c} ^ {\ gamma} -1} {{r_c} -1}

\ eta _ {Diesel} = \ 1- \ \ frac {1} {1.4} \. \ \ frac {1} {{16} ^ {1.4 -1}} \. \ \ frac {{2.01} ^ {1.4 } -1} {{2.01} -1}

\eta _{Diesel}=1-\frac{1}{1.4}.\frac{1}{3.03}.1.64

\ eta _ {Diésel} = 0.612 = 61.2%

W_ {net} = Q_1 \ veces \ eta _ {ciclo}

W_ {net} = 884.4 \ times 0.612 \ times = 541.3 kJ / kg

v_1=\frac{RT_1}{p_1}=\frac{0.287\times 288}{100}=0.827m^{3}/kg

v_2=\frac{0.827}{16}=0.052\ m^3/kg

\therefore\ v_1-v_2=0.827-0.052=0.775\ m^3/kg

(d) presión media efectiva (MEP):

MEP=\frac{W_{net}}{v_1-v_2}=\frac{541.3}{0.775}=698.45 kPa

Preguntas Frecuentes

Ciclo Otto vs.Eficiencia del ciclo diesel

Con la misma relación de compresión: la eficiencia del ciclo diesel es mayor en comparación con el ciclo Otto.
A la misma presión máxima: la eficiencia del ciclo diesel es menor en comparación con el ciclo Otto.

Tabla de ciclo diésel

1'- 1: succión de aire atmosférico

1-2: Compresión adiabática

2-3: Adición de calor a presión constante (inyección y combustión de combustible)

3-4: expansión adiabática

4-1-4 ': Escape de gases quemados

Cuando la eficiencia del ciclo diesel se acerca a la eficiencia del ciclo Otto

La eficiencia del ciclo diesel se aproxima a la eficiencia del ciclo Otto cuando la relación de corte se acerca a cero.

¿Por qué los motores que utilizan el ciclo Diesel son capaces de producir más par que los motores que utilizan el ciclo Otto?

El motor diesel tiene una relación de compresión mayor que el motor de ciclo Otto.

La combustión en el ciclo diesel tiene lugar en TDC al final de la carrera de compresión y hace que el pistón se mueva hacia abajo. Mientras que en el ciclo Otto, la combustión del motor tiene lugar cuando el pistón se mueve ligeramente hacia BDC y contribuye a adquirir velocidad.

El combustible diesel es más denso que la gasolina (utilizada en el ciclo Otto), que genera más energía en términos de potencia.

Además, el factor de tamaño sí importa; la longitud de la carrera y el diámetro del orificio del motor diesel es mayor que el del motor de ciclo Otto.

¿Por qué no se puede utilizar gasolina en un ciclo diesel?

La volatilidad de la gasolina es mucho mayor que la del diésel; incluso antes de completar la carrera de compresión, la alta presión evaporará el combustible.

Por lo tanto, la gasolina se encenderá en la materia descontrolada, causando detonación y fallas de encendido.

resultará en daños al cilindro, por lo tanto, nunca se debe arrancar el motor si ocurre tal incidencia. Es aconsejable ponerse en contacto con la persona interesada para que retire la gasolina del motor.

¿Por qué el ciclo diésel solo se aplica a motores grandes de baja velocidad?

El ciclo diesel utiliza combustible que es más viscoso y la producción de energía en términos de pares es mayor.

cuando necesitamos la aplicación de una carga alta, no podemos usar un motor de gasolina, ya que la eficiencia será menor para las condiciones de carga y usará más combustible.

por lo tanto, el motor diesel será beneficioso aquí donde la potencia producida es más a baja velocidad.

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Sobre Akash Yadav

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Me gusta aprender nuevas habilidades, aceptar desafíos, enseñar y ser útil en cualquier nivel posible. En mi tiempo libre, me gusta escribir, enseñar, viajar y cocinar.
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