25 ene. 2013

MOTORES DIESEL I

No es el objeto de este blog centrarse demasiado en la mecánica. Pero quiero dedicar algún post a los motores.

Empezaré por los motores de gasóleo o gasoil, que son los que en general tienen más interés para las personas interesadas en ahorrar combustible.

Salvo motores exóticos como por ejemplo los motores Wankel1 o los motores Stirling, todos los motores de combustión alternativa, incluidos los motores de los coches, tiene la mismo fisionomía, es decir tienen: cilindros, bielas, válvulas2 de admisión y válvulas de escape, y funcionan mediante un ciclo de cuatro tiempos:
NOTA 1: si se busca se pueden encontrar muchos más motores exóticos sin pistones. Ver este link en Wikipedia.
NOTA 2: en realidad es posible prescindir de las válvulas en los motores de dos tiempos. Pero no tienen interés para nosotros. Los motores de dos tiempos son baratos y consiguen potencias específicas elevadas, pero tienen un rendimiento malo, y normalmente son especialmente contaminantes. Están casi restringidos a las motocicletas pequeñas y pequeñas máquinas como por ejemplo motosierras. Sólo tienen un nicho interesante en lo motores diésel de dos tiempos, pero como en estos momentos no se utilizan en automoción no me referiré más a ellos, quien tenga interés puede encontrar más información aquí.


En esta figura obtenida en Wikipedia se muestra un ciclo de un motor. Tenemos 4 movimientos del cilindro, que corresponden con los 4 tiempos (figuras con una flecha), y 4 puntos muertos en los que el cilindro se para. En estas figuras se muestran los dos puntos muertos superiores.

Una vez nos hemos restringido a los motores de aplicación práctica, es decir motores de cuatro tiempos, lo que determina completamente la arquitectura del motor y su funcionamiento es el tipo combustible utilizado. En la siguiente figura se muestra de forma muy esquemática el proceso de refino del crudo (fuente Wikipedia):



El tipo de motor dependerá de lo volátil que sea el combustible:
  • Si el combustible es muy volátil la ignición de la mezcla se fuerza en el punto deseado mediante una chispa, es decir tenemos una bujía, como el motor mostrado en la figura de más arriba. Este será el caso para los siguientes combustibles:
    • Fracciones más ligeras del petróleo (gasolina), y también de los gases obtenidos del petróleo (butano y propano).
    • El gas natural que principalmente es metano.
    • Biocombustibles ligeros: alcoholes y biogases.

  • Si el combustible es poco volátil la ignición de la mezcla se produce espontáneamente cuando la presión es suficientemente alta. Es decir, no tenemos una bujía. Este será el caso de los siguientes combustibles:
    • Fracciones más pesadas del petróleo: gasóleo y fuel-oil.
    • Biocombustibles pesados: aceites.
NOTA: también es posible utilizar queroseno en motores de pistones. El queroseno es la fracción intermedia entre las gasolinas y el gasóleo, pero en la práctica tiene muy poco uso. El principal uso del quersoneso es como combustible de aviación.

En los motores de combustión espontánea no será posible (en general) que la combustión se produzca en el punto óptimo, que es el punto muerto superior. En cambio se producirá cuando la mezcla alcance una determinada presión. Por tanto en estos motores el ciclo será (aproximadamente) como la siguiente figura (fuente Wikipedia):


Este ciclo se conoce universalmente como ciclo diésel, en honor al ingeniero alemán del siglo XIX Rudolf Diesel, que patento un motor de ignición por compresión, y por tanto, que no necesitaba bujía.

Continuará...

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