Cómo funcionan los motores diésel

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El Duramax V-8 de 4.5 litros mejora la eficiencia en un 25 por ciento en comparación con los motores de gasolina, al tiempo que reduce los contaminantes y las emisiones. Vea más imágenes del motor diesel. 2008

-Uno de los artículos más populares es How Car Engines Work, que explica los principios básicos detrás de la combustión interna, analiza el ciclo de cuatro tiempos y habla de todos los subsistemas que ayudan al motor de su automóvil a hacer su trabajo. Durante mucho tiempo después de que publicamos ese artículo, una de las preguntas más comunes (y una de las sugerencias más frecuentes en el buzón de sugerencias) fue: "¿Cuál es la diferencia entre un motor de gasolina y un diesel?"

La historia de Diesel comienza en realidad con la invención del motor de gasolina. Nikolaus August Otto había inventado y patentado el motor de gasolina en 1876. Este invento utilizó el principio de combustión de cuatro tiempos, también conocido como el "ciclo Otto", y es la premisa básica de la mayoría de los motores de automóviles de hoy. En su etapa inicial, el motor de gasolina no era muy eficiente, y otros métodos importantes de transporte como el máquina de vapor también le fue mal. Solo alrededor del 10 por ciento del combustible utilizado en este tipo de motores movía realmente un vehículo. El resto del combustible simplemente producía calor inútil..

-En 1878, Rudolf Diesel asistía a la Escuela Superior Politécnica de Alemania (el equivalente a una escuela de ingeniería) cuando se enteró de la baja eficiencia de las máquinas de vapor y gasolina. Esta inquietante información lo inspiró a crear un motor con un mayor eficiencia, y dedicó gran parte de su tiempo a desarrollar un "motor de combustión". En 1892, Diesel había obtenido una patente para lo que ahora llamamos motor diesel..

-Si los motores diesel son tan eficientes, ¿por qué no los usamos más a menudo? Es posible que vea las palabras "motor diesel" y piense en camiones de carga grandes y pesados ​​que arrojan humo negro y hollín y crean un fuerte ruido de traqueteo. Esta imagen negativa de los camiones y motores diésel ha hecho que el diésel sea menos atractivo para los conductores ocasionales en los Estados Unidos; aunque el diésel es ideal para transportar grandes cargamentos a largas distancias, no ha sido la mejor opción para los viajeros diarios. Sin embargo, esto está comenzando a cambiar, ya que la gente está mejorando el motor diesel para hacerlo más limpio y menos ruidoso..

Si aún no lo ha hecho, probablemente querrá leer primero Cómo funcionan los motores de automóvil, para familiarizarse con los conceptos básicos de la combustión interna. Pero apúrate: en este artículo, descubrimos los secretos del motor diesel y aprendemos sobre algunos avances nuevos..

-En teoría, los motores diesel y los motores de gasolina son bastante similares. Ellos dos motores de combustión interna diseñado para convertir la energía química disponible en el combustible en energía mecánica. Esta energía mecánica mueve los pistones hacia arriba y hacia abajo dentro de los cilindros. Los pistones están conectados a un cigüeñal, y el movimiento hacia arriba y hacia abajo de los pistones, conocido como movimiento lineal, crea el movimiento giratorio necesario para hacer girar las ruedas de un automóvil hacia adelante..

Tanto los motores diésel como los de gasolina convierten el combustible en energía mediante una serie de pequeñas explosiones o combustiones. La principal diferencia entre el diésel y la gasolina es la forma en que ocurren estas explosiones. En un motor de gasolina, el combustible se mezcla con aire, se comprime mediante pistones y se enciende con las chispas de las bujías. En un motor diesel, sin embargo, primero se comprime el aire y luego se inyecta el combustible. Debido a que el aire se calienta cuando se comprime, el combustible se enciende.

La siguiente animación muestra el ciclo diesel en acción. Puedes compararlo con la animación del motor de gasolina para ver las diferencias..

Motor diésel © .com 2019

El motor diésel utiliza un ciclo de combustión de cuatro tiempos como un motor de gasolina. Los cuatro trazos son:

  1. Carrera de admisión - La válvula de admisión se abre, dejando entrar aire y moviendo el pistón hacia abajo.. -
  2. Carrera de compresión - El pistón vuelve a subir y comprime el aire..
  3. Carrera de combustión - Cuando el pistón llega a la parte superior, se inyecta combustible en el momento justo y se enciende, lo que obliga al pistón a bajar..
  4. Carrera de escape - El pistón vuelve a la parte superior, empujando el escape creado a partir de la combustión fuera de la válvula de escape..

Recuerde que el motor diesel no tiene bujía, que toma aire y lo comprime, y que luego inyecta el combustible directamente en la cámara de combustión (inyección directa). Es el calor del aire comprimido lo que enciende el combustible en un motor diesel. En la siguiente sección, examinaremos el proceso de inyección de diesel..

Compresión

Al trabajar en sus cálculos, Rudolf Diesel teorizó que una mayor compresión conduce a una mayor eficiencia y más potencia. Esto sucede porque cuando el pistón aprieta aire con el cilindro, el aire se concentra. El combustible diesel tiene un alto contenido de energía, por lo que la probabilidad de que el diesel reaccione con el aire concentrado es mayor. Otra forma de pensar es cuando las moléculas de aire están tan juntas que el combustible tiene más posibilidades de reaccionar con tantas moléculas de oxígeno como sea posible. Rudolf resultó tener razón: un motor de gasolina se comprime en una proporción de 8: 1 a 12: 1, mientras que un motor diesel se comprime en una proporción de 14: 1 a tan alto como 25: 1.

Foto cortesía del motor diésel de seis cilindros Atego de DaimlerChrysler

Una gran diferencia entre un motor diesel y un motor de gasolina está en el proceso de inyección. La mayoría de los motores de los automóviles utilizan inyección de puerto o un carburador. Un sistema de inyección de puerto inyecta combustible justo antes de la carrera de admisión (fuera del cilindro). Un carburador mezcla aire y combustible mucho antes de que el aire entre en el cilindro. En el motor de un automóvil, por lo tanto, todo el combustible se carga en el cilindro durante la carrera de admisión y luego se comprime. La compresión de la mezcla de aire y combustible limita la relación de compresión del motor; si comprime demasiado el aire, la mezcla de aire y combustible se enciende espontáneamente y provoca golpes. Debido a que provoca un calor excesivo, los golpes pueden dañar el motor..

Los motores diésel utilizan inyección directa de combustible: el combustible diésel se inyecta directamente en el cilindro.

El inyector de un motor diesel es su componente más complejo y ha sido objeto de una gran cantidad de experimentación; en cualquier motor en particular, puede estar ubicado en una variedad de lugares. El inyector tiene que ser capaz de soportar la temperatura y la presión dentro del cilindro y aún así entregar el combustible en una fina niebla. Hacer que la niebla circule en el cilindro para que se distribuya uniformemente también es un problema, por lo que algunos motores diesel emplean válvulas de inducción especiales, cámaras de precombustión u otros dispositivos para hacer girar el aire en la cámara de combustión o mejorar de otro modo el proceso de encendido y combustión..

Algunos motores diesel contienen un Bujía incandescente. Cuando un motor diesel está frío, es posible que el proceso de compresión no eleve el aire a una temperatura lo suficientemente alta como para encender el combustible. La bujía incandescente es un cable calentado eléctricamente (piense en los cables calientes que ve en una tostadora) que calienta las cámaras de combustión y aumenta la temperatura del aire cuando el motor está frío para que pueda arrancar. Según Cley Brotherton, un técnico de equipos pesados ​​de Journeyman:


Todas las funciones de un motor moderno están controladas por el ECM que se comunica con un elaborado conjunto de sensores que miden todo, desde R.P.M. a las temperaturas del aceite y del refrigerante del motor e incluso a la posición del motor (es decir, T.D.C.). Las bujías incandescentes rara vez se utilizan hoy en día en motores más grandes. El ECM detecta la temperatura del aire ambiente y retarda la sincronización del motor en clima frío, de modo que el inyector rocía el combustible en un momento posterior. El aire en el cilindro se comprime más, creando más calor, lo que ayuda a arrancar..

Los motores más pequeños y los motores que no tienen un control informático tan avanzado utilizan bujías incandescentes para resolver el problema del arranque en frío..

Por supuesto, la mecánica no es la única diferencia entre los motores diésel y los motores de gasolina. También está el problema del combustible en sí..

Una muestra de combustible diesel Staff / Getty Images

-El combustible de petróleo comienza como petróleo crudo que se encuentra naturalmente en la Tierra. Cuando el petróleo crudo se procesa en las refinerías, se puede separar en varios tipos diferentes de combustibles, incluida la gasolina, el combustible para aviones, el queroseno y, por supuesto, el diésel..

Si alguna vez ha comparado el combustible diesel y la gasolina, sabrá que son diferentes. Ciertamente huelen diferente. El combustible diesel es más pesado y aceitoso. Se evapora mucho más lentamente que la gasolina; su punto de ebullición es en realidad más alto que el punto de ebullición del agua. A menudo escuchará que se refieren al combustible diesel como "aceite diesel" porque es muy aceitoso.

El combustible diesel se evapora más lentamente porque es más pesado. Contiene más átomos de carbono en cadenas más largas que la gasolina (la gasolina es típicamente C9H20, mientras que el combustible diesel es típicamente C14H30). Se necesita menos refinación para crear combustible diesel, por lo que solía ser más barato que la gasolina. Sin embargo, desde 2004, la demanda de diésel ha aumentado por varias razones, incluida una mayor industrialización y construcción en China y EE. UU. [Fuente: Energy Information Administration].

El combustible diesel tiene mayor densidad de energía que la gasolina. En promedio, 1 galón (3.8 L) de combustible diesel contiene aproximadamente 155x106 julios (147.000 BTU), mientras que 1 galón de gasolina contiene 132x106 julios (125.000 BTU). Esto, combinado con la eficiencia mejorada de los motores diesel, explica por qué los motores diesel obtienen un mejor kilometraje que los motores de gasolina equivalentes..

El combustible diesel se utiliza para impulsar una amplia variedad de vehículos y operaciones. Por supuesto, alimenta los camiones diésel que ve avanzando pesadamente por la carretera, pero también ayuda a mover botes, autobuses escolares, autobuses urbanos, trenes, grúas, equipos agrícolas y varios vehículos de respuesta a emergencias y generadores de energía. Piense en lo importante que es el diésel para la economía: sin su alta eficiencia, tanto la industria de la construcción como las empresas agrícolas sufrirían enormemente las inversiones en combustibles con baja potencia y eficiencia. Aproximadamente el 94 por ciento de la carga, ya sea que se envíe en camiones, trenes o barcos, depende del diésel..

En cuanto al medio ambiente, el diésel tiene pros y contras. Las ventajas: el diesel emite cantidades muy pequeñas de monóxido de carbono, hidrocarburos y dióxido de carbono, emisiones que conducen al calentamiento global. Las desventajas: se liberan altas cantidades de compuestos de nitrógeno y partículas (hollín) al quemar combustible diesel, lo que provoca lluvia ácida, smog y malas condiciones de salud. En la página siguiente veremos algunas mejoras recientes realizadas en estas áreas..

Un combustible más limpio y unos niveles de emisiones más estrictos deberían reducir el número de muertes prematuras debido a la contaminación del motor diesel. Foto cortesía de Mario Tama / Getty Images

-Durante la gran crisis del petróleo en la década de 1970, las compañías automotrices europeas comenzaron a anunciar motores diesel para uso comercial como alternativa a la gasolina. Quienes lo probaron se sintieron un poco decepcionados: los motores eran muy ruidosos y al llegar a casa se encontraban con sus autos cubiertos de hollín negro de adelante hacia atrás, el mismo responsable del smog en las grandes ciudades..

Sin embargo, durante los últimos 30 a 40 años, se han realizado grandes mejoras en el rendimiento del motor y la limpieza del combustible. Los dispositivos de inyección directa ahora están controlados por computadoras avanzadas que monitorean la combustión de combustible, aumentando la eficiencia y reduciendo las emisiones. Los combustibles diésel mejor refinados, como el diésel ultra bajo en azufre (ULSD), reducirán la cantidad de emisiones nocivas y mejorar los motores para hacerlos compatibles con combustibles más limpios se está convirtiendo en un proceso más simple. Otras tecnologías, como los filtros de partículas CRT y los convertidores catalíticos, queman el hollín y reducen las partículas, el monóxido de carbono y los hidrocarburos hasta en un 90 por ciento. [fuente: Foro de Tecnología Diesel]. La mejora continua de los estándares para combustibles más limpios de la Unión Europea también impulsará a las industrias automotrices a trabajar más duro para reducir las emisiones. Para septiembre de 2009, la UE espera que las emisiones de partículas se reduzcan de 25 mg / kilómetro a 5 mg / kilómetro [fuente: EUROPA].

Es posible que también haya oído hablar de algo llamado biodiesel. ¿Es lo mismo que el diesel? El biodiésel es una alternativa o aditivo al combustible diésel que se puede utilizar en motores diésel con pocas o ninguna modificación en los propios motores. No está hecho de petróleo, sino que proviene de aceites vegetales o grasas animales que han sido alterados químicamente. (Dato interesante: Rudolf Diesel originalmente había considerado el aceite de semilla vegetal como combustible para su invención). El biodiesel puede combinarse con diesel regular o usarse completamente solo. Puede leer más sobre el biodiesel en Cómo funciona el biodiesel.

Para obtener más información sobre motores diésel y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente..

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