Los motores diésel son un tipo de motor de combustión interna que se caracterizan por su eficiencia y robustez.
A diferencia de los motores de encendido por chispa, como los de gasolina, los motores diésel funcionan mediante la compresión del aire dentro del cilindro, lo que genera temperaturas lo suficientemente altas para que el combustible se encienda de forma espontánea.
Esta característica fundamental influye en varias de sus propiedades y hace que sean muy populares en aplicaciones industriales, vehículos pesados y maquinaria agrícola.
1. Principio de funcionamiento de los motores diésel
La principal característica del motor diésel és que se basa en el principio de la compresión, lo que significa que el aire dentro del cilindro se comprime a una relación de compresión mucho mayor que en los motores de gasolina.
Esta compresión aumenta la temperatura del aire, que puede llegar a ser superior a los 500 °C. En este punto, se inyecta el combustible, generalmente gasóleo, que se enciende de manera espontánea debido a la alta temperatura del aire comprimido, sin la necesidad de una bujía o chispa.
Este proceso de combustión genera una gran cantidad de energía que empuja el pistón hacia abajo, produciendo trabajo mecánico.
El ciclo de funcionamiento de un motor diésel sigue las cuatro fases del ciclo de Otto, pero con algunas diferencias clave:
- Admisión: Se introduce aire en el cilindro sin mezcla de combustible.
- Compresión: El aire es comprimido a alta presión, lo que aumenta su temperatura.
- Combustión: Se inyecta el combustible, que se enciende de forma espontánea debido a la temperatura del aire comprimido.
- Escape: Los gases resultantes de la combustión son expulsados del cilindro.
La alta relación de compresión y la ausencia de una chispa externa son lo que diferencia al motor diésel del motor de gasolina.
2. Relación de compresión y eficiencia térmica
Una de las características más destacadas de los motores diésel es su alta relación de compresión, que típicamente varía entre 14:1 y 25:1, en comparación con los motores de gasolina, que suelen tener una relación de compresión de 8:1 a 12:1.
Esta alta relación de compresión es posible debido a las características del gasóleo y a la robustez del diseño del motor diésel, que está preparado para soportar las altas presiones generadas durante la compresión.
La alta relación de compresión resulta en una mayor eficiencia térmica. Cuanto mayor es la relación de compresión, mayor es la temperatura y presión generadas durante el proceso de compresión, lo que aumenta la cantidad de energía liberada durante la combustión.
Esta eficiencia térmica superior es una de las razones por las que los motores diésel consumen menos combustible que los motores de gasolina para generar la misma cantidad de energía.
Además, el gasóleo tiene un mayor poder calorífico que la gasolina, lo que significa que proporciona más energía por litro de combustible. Esto se traduce en un mayor rendimiento del motor y en una mayor autonomía del vehículo.
3. Par motor y rendimiento a bajas revoluciones
Los motores diésel tienen una característica especial: generan un par motor elevado a bajas revoluciones.
Esto se debe a la mayor densidad energética del gasóleo y a la forma en que se produce la combustión en estos motores. Debido a la alta relación de compresión, la presión dentro del cilindro es mucho mayor que en los motores de gasolina, lo que genera una gran cantidad de energía incluso a bajas revoluciones.
Este elevado par motor a bajas revoluciones es una de las razones por las que los motores diésel son especialmente adecuados para aplicaciones que requieren una gran capacidad de carga, como vehículos pesados, maquinaria agrícola o embarcaciones.
Los camiones y autobuses, por ejemplo, pueden utilizar motores diésel debido a su capacidad para generar suficiente par motor a bajas revoluciones, lo que les permite transportar grandes cargas sin necesidad de altas revoluciones del motor.
4. Eficiencia en el consumo de combustible
Una de las mayores ventajas de los motores diésel es su eficiencia en el consumo de combustible.
Debido a la alta relación de compresión, los motores diésel aprovechan mejor la energía contenida en el combustible. Esto se traduce en un menor consumo de combustible para una cantidad de trabajo equivalente en comparación con los motores de gasolina.
El gasóleo tiene una mayor densidad energética que la gasolina, lo que significa que se necesita una menor cantidad de combustible para generar la misma cantidad de energía.
Esto contribuye a una mayor autonomía de los vehículos diésel y a un menor costo operativo en aplicaciones industriales y de transporte, especialmente en vehículos de largo alcance, como camiones y trenes.
5. Durabilidad y fiabilidad
Una de las características más conocidas de los motores diésel son su durabilidad y fiabilidad.
La robustez de su diseño está pensada para soportar las altas presiones generadas durante la compresión. Los componentes como el bloque del motor, el cigüeñal, las bielas y los pistones están fabricados con materiales más resistentes y de mayor grosor que los de los motores de gasolina, lo que permite que el motor diésel tenga una vida útil más larga.
Además, los motores diésel tienen una menor velocidad de rotación del motor en comparación con los motores de gasolina. Esto significa que los motores diésel suelen sufrir menos desgaste y pueden alcanzar una mayor cantidad de kilómetros antes de necesitar una reparación significativa.
6. Emisiones y tecnología de control de emisiones
Aunque los motores diésel son más eficientes en cuanto a consumo de combustible, también son conocidos por sus emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) y partículas finas, que son perjudiciales para la salud humana y el medio ambiente.
Sin embargo, en los últimos años, los avances tecnológicos han permitido reducir estas emisiones mediante la implementación de sistemas de control de emisiones.
Entre las tecnologías utilizadas para reducir las emisiones de los motores diésel se encuentran:
- Filtros de partículas diésel (DPF): Estos dispositivos capturan las partículas sólidas generadas durante la combustión y las queman en un proceso de regeneración.
- Reducción catalítica selectiva (SCR): Este sistema utiliza un catalizador para reducir las emisiones de NOx mediante la inyección de un agente reductor, como la urea, que convierte los NOx en nitrógeno y agua.
- Recirculación de gases de escape (EGR): Este sistema recircula una parte de los gases de escape de vuelta al motor para reducir las temperaturas de combustión y, por ende, las emisiones de NOx.
Estos avances han permitido que los motores diésel cumplan con las estrictas normativas de emisiones, como las normativas Euro en Europa, que han ido aumentando progresivamente los límites de emisión de contaminantes.