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Ciclo mixto de Sabathé

Ciclo mixto de Sabathé

El ciclo Sabathé , también llamado combustión dual o presión limitada o mixta o Trinkler o Seiliger , es un ciclo termodinámico de referencia para motores de combustión interna en el que la combustión tiene lugar en parte a presión constante y en parte a volumen constante.

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.

En los motores diésel y en condiciones normales, el diagrama real muestra que la combustión se lleva a cabo 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  se conoce con el nombre de ciclo mixto de Sabathé.

Descripción del ciclo mixto de Sabathé

En este ciclo, después de la fase de compresión adiabática 1-2, sobreviene una fase de combustión a volumen constante 2-3. Durante esta fase de combustión 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

Ciclo mixto de Sabathé

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

Ciclo mixto de Sabathé

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

Ciclo mixto de Sabathé

Ciclo mixto de Sabathé

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

de las cuales obtenemos:

Ciclo mixto de Sabathé

 

Ciclo mixto de Sabathé 

 

y siendo V3=V2  ;  V5=V1

Ciclo mixto de Sabathé

se puede escribir:

Ciclo mixto de Sabathé

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

Ciclo mixto de Sabathé

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:

Ciclo mixto de Sabathé 

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

Ciclo mixto de 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: 18 de febrero de 2020