Ciclo Diesel teórico

Es el ciclo teórico de los motores de encendido por compresión.

La diferencia fundamental entre los ciclos Otto y Diesel se encuentra en la fase de introducción del calor. En el ciclo Otto, el calor se introduce a volumen constante, mientras que en el ciclo Diesel se efectúa a presión constante. Otra diferencia entre ambos ciclos estriba en los valores de la relación de compresión, la cual varía de 12 a 22 para los motores Diesel, mientras que oscila tan sólo entre 6 y 10 para los motores Otto.

 
 


  

Como se ve en la figura, el ciclo Diesel ideal está formado por cuatro líneas térmicas que representa: la compresión adiabática (1-2); la introducción del calor a presión constante (2-3); la expansión adiabática (3-4); la expulsión del calor a volumen constante (4-1). Durante la transformación 2-3 de introducción del calor Q1 a presión constante, el pistón entra en funcionamiento, y por tanto, el fluido produce el trabajo:

 

Por consiguiente, la ecuación de la energía sin flujo se convierte en

 
 

 

y la entalpía h del fluido está dada por la expresión
   
la ecuación se transforma en  

Por ser el fluido un gas perfecto, podemos emplear, para su variación de entalpía a presión constante, la expresión

 
 


  

Luego, el calor introducido tendrá el siguiente valor:

 
 


  

Hay que hacer resaltar que en una transformación con introducción de calor a presión constante varía el valor de la entalpía  del fluido activo, mientras que en caso de la transformación a volumen constante varía el de la energía interna del fluido. Como la sustracción del calor Q2 se realiza como en el ciclo Otto, podemos escribir:

Q2=U4-U1

y como el fluido es un gas perfecto y el ciclo es ideal:

Q2=Cv(T4-T1).

Por tanto, el rendimiento térmico ideal del ciclo Diesel teórico vale:

he= (calor suministrado – calor sustraído)/ calor suministrado

 
  expresión del todo análoga a la encontrada para el rendimiento ideal del ciclo teórico Otto.

Para la transformación 2-3 de combustión a presión constante tenemos:

 
 


  

Para las transformaciones adiabáticas 1-2 de compresión y 3-4 de expansión se tiene, respectivamente:

 
 


  

 
 


de donde: 

y como son V4=V1  y T3/T2=V3/V2  , se puede escribir:

 

Sustituyendo esta expresión en la del rendimiento térmico ideal, resulta:

 
 


  

indicando con t’ la relación entre los volúmenes V3 y V2 al final y al comienzo, respectivamente, de la fase de combustión a presión constante, a la cual daremos el nombre de “relación de combustión a presión constante”, y recordando que

 
 


  

obtenemos, finalmente, la expresión del rendimiento térmico ideal del ciclo teórico Diesel:


  En esta expresión vemos que he es, para el ciclo Diesel, función de la relación de compresión, de la relación de combustión a presión constante y la relación k entre los calores específicos.

Las expresiones de los rendimientos térmicos de los ciclos Otto y Diesel difieren solamente por el término entre paréntesis, que siempre es mayor que 1, y, por ello, aparece claro que a igualdad de relación de compresión he es mayor para el ciclo Otto que para el ciclo Diesel. Reduciendo t’, es decir, el calor introducido a presión constante, el rendimiento he del ciclo Diesel se aproxima al del ciclo Otto, con el cual coincide para t’=1.