Menu

Refinería
Port Arthur Texas

¿Qué es el ciclo de Sabathé? Descripción y cálculo del ciclo mixto

¿Qué es el ciclo de Sabathé? Descripción y cálculo del ciclo mixto

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

Las condiciones reales de funcionamiento de los motores diésel difieren notablemente de las que se hallan representadas en los ciclos ideales Otto y Diesel. Para los motores diésel, el proceso de combustión se aproxima a una transformación a presión constante sólo en el caso de motores excepcionalmente grandes y lentos. En condiciones normales, el diagrama real muestra que la combustión se lleva a cabo según un proceso que se aproxima a 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.

Descripción y cálculo 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

Conclusiones del rendimiento del ciclo 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.

Autor:

Fecha publicación: 31 de marzo de 2011
Última revisión: 18 de febrero de 2020