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Ciclo mixto de Sabathé

Las condiciones reales de funcionamiento de los motores Diesel difieren notablemente de las que se hallan representadas en los ciclos ideales Otto y Diesel. Para los motores Diesel, el proceso de combustión se aproxima a una transformación a presión constante sólo en el caso de motores excepcionalmente grandes y lentos.

El diagrama real muestra que, en condiciones normales, la combustión se lleva a cabo, en los motores Diesel, según un proceso que se aproxima a la combustión de una transformación a volumen constante y otra a presión constante.

Se puede afirmar que, en la práctica, los ciclos Otto y Diesel se aproximan mucho en la forma, hasta el punto de poderlos considerar como un caso particular del ciclo mixto, en el cual, parte de la combustión se verifica a volumen constante, y parte, a presión constante. Este ciclo teórico está representado en la figura 28 y se conoce con el nombre de ciclo mixto de Sabathé.

En este ciclo, después de la fase de compresión adiabática 1-2, sobreviene, como en el ciclo Otto, una fase de combustión a volumen constante 2-3, durante la cual se introduce la cantidad de calor Q1’ y luego, como en el ciclo Diesel, una fase de 3-4 de combustión a presión constante, en cuyo decurso se introduce la cantidad de calor Q1’’.

Siguen después dos fases sucesivas, a saber: una, de expansión adiabática 4-5, y otra, de sustracción, a volumen constante 5-1, de la cantidad de calor Q2.

Por tanto, la cantidad total de calor introducida vale:

Q1=Q1’+Q1’’

Recordando lo expuesto, a propósito de los ciclos Otto y Diesel, podemos escribir:

Q1’=Cv (T3-T2)

Q1’’= Cp (T4-T3)

Q2= Cv (T5-T1)

De este modo, el rendimiento térmico ideal del ciclo Sabathé teórico vale:

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

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

 
 


  

 

Y para la transformación 3-4 de combustión a presión contante:

 
 


  

 
 

Para las transformaciones adiabáticas 1-2 de compresión y 4-5 de expansión emplearemos, respectivamente, las fórmulas 

de las cuales obtenemos:

 
 


 

 

 

y siendo V3=V2  ;  V5=V1

 
 

se puede escribir:

 
 


  

Sustituyendo estas expresiones en las del rendimiento térmico ideal, resulta:

 
 


  

Inicio con la relación entre la presión P3 al final y la presión P2 al principio de la fase de combustión a volumen constante –a la cual llamaremos “relación de combustión a volumen constante”-, y recordando que:

 

se obtiene la expresión final de rendimiento térmico ideal del ciclo teórico Sabathé:



A igualdad de relación de compresión r, el rendimiento del ciclo mixto resulta intermedio entre el del ciclo Otto y el del ciclo Diesel. Si se aumenta el calor suministrado a volumen constante, es decir, entre los puntos 2 y 3, y se reduce el suministrado a presión constante entre los puntos 3 y 4, el rendimiento térmico se aproxima al del ciclo Otto. Si, por el contrario, se reduce el calor suministrado a volumen constante y se aumenta el correspondiente a presión constante, el rendimiento del ciclo mixto se aproxima al del ciclo Diesel.

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Última revisión: 1 de febrero de 2016