Menu

Refineria
Port Arthur Texas

Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama

Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama

El cicle dièsel teòric és el cicle teòric d'un motor dièsel, també conegut com a motor d'encesa per compressió.

El cicle teòric d'un motor tèrmic és una aproximació teòrica del seu funcionament per calcular el seu rendiment.

El cicle d'un motor de combustió interna es constitueix mitjançant les transformacions físiques i químiques que pateix el combustible durant el seu pas per dins del motor.

L'estudi d'un cicle real tenint en compte totes les nombroses variables, representa un problema molt complex. Per això, correntment es simplifica recorrent a aproximacions teòriques, basades en diferents suposicions simplificades.

La diferència fonamental entre el cicle Otto i el cicle dièsel es troba en la fase d'introducció de la calor. En el cicle Otto, la calor s'introdueix a volum constant, mentre que en el cicle dièsel s'efectua a pressió constant. Una altra diferència entre els dos cicles rau en els valors de la relació de compressió, la qual varia de 12 a 22 per al motor dièsel, mentre que oscil·la tan sols entre 6 i 10 per al motor Otto o motors de gasolina.

Diagrama del cicle teòric del motor dièsel

Cicle dièsel teòricCom es veu a la figura, el cicle dièsel ideal està format per quatre línies tèrmiques que representa:

  • Compressió adiabàtica. Sense intercanvi de calor. (1-2); 
  • Introducció de la calor a pressió constant (2-3);
  • Expansió adiabàtica. Sense intercanvi de calor (3-4);
  • Expulsió de la calor a volum constant (4-1).

Quin és el rendiment teòric del cicle d'un motor dièsel?

    Durant la transformació 2-3 d'introducció de la calor Q1 a pressió constant, el pistó entra en funcionament, i per tant, el fluid produeix el treball:

    Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama 

    Per tant, l'equació de l'energia sense flux esdevé

    Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama

    i l'entalpia h del fluid està donada per l'expressió

    L'equació es transforma en

    Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama

    Per ser el fluid un gas perfecte, podem emprar, per a la seva variació d'entalpia a pressió constant, l'expressió

    Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama  

    Després, la calor introduït tindrà el següent valor:

    Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama  

    Cal fer ressaltar que en una transformació amb introducció de calor a pressió constant varia el valor de l'entalpia del fluid actiu, mentre que en cas de la transformació a volum constant varia el de l'energia interna del fluid. Com la sostracció de la calor Q2 es realitza com en el cicle Otto, podem escriure:

    Q 2 = U 4 -U 1

    i com el fluid és un gas perfecte i el cicle és ideal:

    Q 2 = C v (T 4 T 1 ).

    Per tant, el rendiment tèrmic ideal del cicle dièsel teòric val:

    h i = (calor subministrat - calor sostret) / calor subministrada

    Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama 
    expressió del tot anàloga a la trobada per al rendiment ideal del cicle teòric Otto.

    Per a la transformació 2-3 de combustió a pressió constant tenim:

    Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama  

    Per a les transformacions adiabàtiques 1-2 de compressió i 3-4 d'expansió es té, respectivament:

    Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama

     

      Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama

    d'on: 

    i com són V 4 = V 1   i T 3 / T 2 = V 3 / V 2   , es pot escriure:

    Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama 

    Substituint aquesta expressió en la del rendiment tèrmic ideal, resulta:

    Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama

    indicant amb t 'la relació entre els volums V 3  i V 2  a al final i a l'començament, respectivament, de la fase de combustió a pressió constant, a la qual donarem el nom de "relació de combustió a pressió constant", i recordant que

    Cicle teòric del motor dièsel, rendiment i diagrama

     

    obtenim, finalment, l'expressió del rendiment tèrmic ideal del cicle teòric donés l:

    Rendiment tèrmic ideal de l'cicle teòric dièsel


    En aquesta expressió veiem que he és, per al cicle dièsel, funció de la relació de compressió, de la relació de combustió a pressió constant i la relació k entre les calors específiques.

    Les expressions dels rendiments tèrmics dels cicles Otto i dièsel difereixen només pel terme entre parèntesi, que sempre és més gran que 1, i, per això, apareix clar que a igualtat de relació de compressió he és més gran per al cicle Otto que per el cicle dièsel. Reduint t ', és a dir, la calor introduït a pressió constant, el rendiment he del cicle dièsel s'aproxima a el del cicle Otto, amb el qual coincideix per t' = 1.

    Autor:

    Data de publicació: 10 de desembre de 2009
    Última revisió: 14 de abril de 2018