Ciclo Diesel

1. UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS
ARMADAS ESPE SEDE
LATACUNGA
CARRERA: ELECTRÓNICA Y
AUTOMATIZACIÓN
ASIGNATURA: FISICA
FUNDAMENTAL
NRC: 7839
AUTOR: JORDAN CUNUHAY

2.  Es un modelo simplificado de lo
que ocurre en un motor diésel. En
un motor de esta clase, a
diferencia de lo que ocurre en
un motor de gasolina la
combustión no se produce por la
ignición de una chispa en el
interior de la cámara.
 En su lugar, aprovechando las
propiedades químicas del gasóleo,
el aire es comprimido hasta una
temperatura superior a la de
autoignición del gasóleo y el
combustible es inyectado a presión
en este aire caliente,
produciéndose la combustión de la
mezcla.

3.  Puesto que sólo se comprime
aire, la relación de compresión
puede ser mucho más alta que
la de un motor de gasolina.
 La relación de compresión de
un motor diésel puede oscilar
entre 12 y 24, mientras que el
de gasolina puede rondar un
valor de 8.

5. El pistón baja con la
válvula de admisión
abierta, aumentando la
cantidad de aire en la
cámara.
Esto se modela como una
expansión a presión
constante (ya que al
estar la válvula abierta
la presión es igual a la
exterior). En el diagrama
PV aparece como una
recta horizontal.

6.  El pistón sube comprimiendo
el aire.
 Dada la velocidad del proceso
se supone que el aire no tiene
posibilidad de intercambiar
calor con el ambiente, por lo
que el proceso es adiabático.
 Se modela como la curva
adiabática reversible A→B,
aunque en realidad no lo es
por la presencia de factores
irreversibles como la fricción.

7.  Un poco antes de que el pistón
llegue a su punto más alto y
continuando hasta un poco
después de que empiece a bajar,
el inyector introduce el
combustible en la cámara.
 Al ser de mayor duración que la
combustión en el ciclo Otto, este
paso se modela como una
adición de calor a presión
constante.
 Éste es el único paso en el que
el ciclo Diesel se diferencia del
Otto.

8.  Se abre la válvula de escape y el gas sale al
exterior, empujado por el pistón a una
temperatura mayor que la inicial, siendo
sustituido por la misma cantidad de mezcla
fría en la siguiente admisión.
 El sistema es realmente abierto, pues
intercambia masa con el exterior. No
obstante, dado que la cantidad de aire que
sale y la que entra es la misma entonces
podemos, para el balance energético,
suponer que es el mismo aire, que se ha
enfriado.
 Este enfriamiento ocurre en dos fases.
 Cuando el pistón está en su punto más
bajo, el volumen permanece
aproximadamente constante y tenemos la
isócora D→A.
 Cuando el pistón empuja el aire hacia el
exterior, con la válvula abierta, empleamos
la isobara A→E, cerrando el ciclo.

9.  La alta temperatura del gas empuja al pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre
él.
 De nuevo, por ser un proceso muy rápido se aproxima por una curva adiabática
reversible.

10. En total, el ciclo se compone de dos subidas y dos bajadas
del pistón, razón por la que es un ciclo de cuatro tiempos,
aunque este nombre se suele reservar para los motores de
gasolina.

12. Un ciclo diésel contiene dos proceso adiabáticos, A→B y C→D, en los que no se intercambia
calor. De los otros dos, en el calentamiento a presión constante B→C, el gas recibe una cantidad
de calor |𝑄 𝑐| del exterior igual a
|𝑄 𝑐| = 𝑛𝑐 𝑝(𝑇𝐶 − 𝑇𝐵)
En el enfriamiento a volumen constante D→A el sistema cede una cantidad de calor al
ambiente
|𝑄 𝑓| = 𝑛𝑐 𝑝(𝑇 𝐷 − 𝑇𝐴)
El rendimiento del ciclo será entonces
𝑛 = 1 −
𝑄 𝑓
𝑄 𝑐
= 1 −
𝑐 𝑣 𝑇 𝐷 − 𝑇𝐴
𝑐 𝑝 𝑇𝐶 − 𝑇𝐵
= 1 −
𝑇 𝐷 − 𝑇𝐴
𝛾 𝑇𝐶 − 𝑇𝐵
Con 𝛾 =
𝐶 𝑝
𝐶 𝑣
la proporción entre las capacidades caloríficas .

14. La expresión anterior requiere conocer las cuatro temperaturas de los vértices del ciclo. Puede
simplificarse teniendo en cuenta las características de cada uno de los procesos que lo
componen.
Así tenemos, para la compresión adiabática A→B
𝑇𝐴 𝑉𝐴
𝛾−1
= 𝑇𝐵 𝑉𝑏
𝛾−1
que, teniendo en cuenta la relación de compresión, podemos reescribir como
𝑟 ≡
𝑉𝐴
𝑉𝑏
⇒ 𝑇𝐵 = 𝑇𝐴 𝑟 𝛾−1
Para la expansión a presión constante, aplicando la ecuación de estado de los gases ideales
𝑝 𝐵 = 𝑝 𝐶 ⟹
𝑉𝐵
𝑇𝐵
=
𝑉𝐵
𝑇𝐶
Introduciendo ahora la relación r 𝐶 = 𝑉𝐶/𝑉𝐵 obtenemos
𝑇𝑐 = 𝑇𝐵 𝑟𝐶 = 𝑇𝐴 𝑟𝑐 𝑟 𝛾−1

15. Por último, para la temperatura en D aplicamos de nuevo la ley de Poisson y el que el enfriamiento es a
volumen constante:
𝑉𝐷 = 𝑉𝐴 𝑇𝐶 𝑉𝐶
𝛾−1
= 𝑇 𝐷 𝑉𝐷
𝛾−1
⇒ 𝑇 𝐷 = 𝑇𝐶
𝑉𝐶
𝑉𝐴
𝛾−1
Combinado estos resultados nos queda
𝑇 𝐷 − 𝑇𝐴 = 𝑇𝐴 𝑟𝐶
𝛾
− 𝑇𝐴 = 𝑇𝐴(𝑟𝐶
𝛾
−1) 𝑇𝐶 − 𝑇𝐵 = 𝑇𝐴 𝑟𝐶
𝛾−1
− 𝑇𝐴 𝑟 𝛾−1
= 𝑇𝐴 𝑟 𝛾−1
(𝑟𝑐 − 1)
Sustituyendo esto en la expresión del rendimiento obtenemos finalmente
𝑛 = 1 −
𝑇 𝐷 − 𝑇𝐴
𝛾 𝑇𝐶 − 𝑇𝐵
= 1 − 𝑟𝐶
𝛾
−
1
𝛾𝑟 𝛾−1 𝑟𝑐 − 1

17.  Vamos a considerar un ciclo Diesel en la que el aire a la entrada está a una
presión de 1 atm y una temperatura de 17°C; la razón de compresión es 18 y la de
combustión vale 2. El volumen máximo de la cámara es de 1900 cm³. Vamos a
determinar los volúmenes, presiones y temperaturas de cada vértice del ciclo, así
como su rendimiento y el calor y el trabajo intercambiados por el motor.

18. Como punto de partida del ciclo de cuatro pasos tenemos que el gas a temperatura y
presión ambientes llena el cilindro
𝑇𝐴 = 290𝐾 𝑉𝐴 = 1900 𝑐𝑚3 𝑝 𝐴 = 1 𝑎𝑡𝑚
El número de moles contenidos en el cilindro es
𝑛 =
𝑝 𝐴 𝑉𝐴
𝑅𝑇𝐴
= 0.0799

19. Tras la compresión, el volumen del cilindro se reduce según la razón de compresión
𝑟 = 18 ⇒ 𝑉𝐵 =
𝑉𝐴
𝑟
= 105.6 𝑐𝑚3
La temperatura al final la compresión la obtenemos de la ley de Poisson
𝑇𝐵 𝑉𝐵
𝛾−1
= 𝑇𝐴 𝑉𝐴
𝛾−1
⇒ 𝑇𝐵 = 𝑇𝐴 𝑟 𝛾−1
= 921.5 𝐾
Y la presión en este punto la hallamos mediante la ley de los gases ideales
𝑝 𝐵 = 𝑛𝑅
𝑇𝐵
𝑉𝐵
=
𝑝 𝐴 𝑉𝐴
𝑇𝐴
𝑇𝐵
𝑉𝐵
= 𝑝 𝐴 𝑟 𝛾 = 57.2 𝑎𝑡𝑚

20. En el proceso de calentamiento, la presión se mantiene constante, por lo que
𝑝 𝐶 = 𝑝 𝐵 = 57.2 𝑎𝑡𝑚
Mientras que el volumen lo da la relación de combustión
𝑟𝑐 = 2 ⇒ 𝑉𝑐 = 𝑟𝐶 𝑉𝐵 = 211.1 𝑐𝑚3
Y la temperatura la ley de los gases ideales (o la ley de Charles, en este caso)
𝑉𝑐
𝑇𝑐
=
𝑉𝐵
𝑇𝐵
⇒ 𝑇𝐶 = 𝑇𝐵 𝑟𝑐 = 1843𝐾

21. Durante la bajada del pistón el gas se enfría adiabáticamente. La temperatura al
final del proceso la da la ley de Poisson, combinada con el que sabemos que el
volumen al final es el mismo que antes de empezar la compresión
𝑉𝐷 = 𝑉𝐴 = 1900 𝑐𝑚3 𝑇 𝐷 = 𝑇𝐶
𝑉𝐶
𝑉𝐷
𝛾−1
= 765.3 𝐾
La presión en este estado es
𝑝 𝐷 =
𝑛𝑅𝑇 𝐷
𝑉𝐷
=
𝑝 𝐴 𝑉𝐴 𝑇 𝐷
𝑇𝐴 𝑉𝐷
= 𝑝 𝐴
𝑇 𝐷
𝑇𝐴
= 2.64 𝑎𝑡𝑚

22. En un motor diésel real el aire quemado y caliente es expulsado por el tubo de
escape, liberando calor al ambiente y siendo sustituido por nuevo aire frío. En el
ciclo Diesel nos imaginamos que el aire recircula, volviendo al estado A,
intercambiando sólo el calor con el ambiente.

23. El calor procedente del foco caliente es absorbido en la expansión a presión constante y es igual a
𝑄𝑐 = 𝑛𝑐 𝑝 𝑇𝐶 − 𝑇𝐵 =
𝛾
𝛾 − 1
𝑛𝑅 𝑇𝐶 − 𝑇𝐵 =
𝛾
𝛾 − 1
𝑝 𝐶 𝑉𝐶 𝑝 𝐵 𝑉𝐵 = 21.13𝑘𝐽
donde hemos usado que
𝐶 𝑝
𝑅
=
𝐶 𝑃
𝐶 𝑝 − 𝐶 𝑉
=
𝐶 𝑝
𝐶 𝑉
𝐶 𝑝
𝐶 𝑉
− 1
=
𝛾
𝛾 − 1
que para 𝛾 = 1.4 da el resultado conocido 𝐶 𝑝 = 3.5𝑅
Un resultado más exacto para un proceso a presión constante, sin hacer uso de la hipótesis de gas ideal, consistiría en
igualar el calor a la variación en la entalpía
𝑄 𝐶 = ∆𝐻 = 𝐻 𝐶 − 𝐻 𝐵
y aplicar valores tabulados de la entalpía del aire para las presiones y temperaturas de los estados B y C.

24. El calor que se intercambia con el foco frío se cede en el enfriamiento a volumen constante
𝑄 𝑐 = 𝑛𝑐 𝑣 𝑇 𝐷 − 𝑇𝐴 = 𝑛𝑅 𝑇 𝐷 − 𝑇𝐴 =
1
𝛾 − 1
𝑝 𝐷 𝑉𝐷 − 𝑝 𝑎 𝑉𝐴 = 7.79𝑘𝐽
donde, como antes, hemos empleado la relación
𝑐 𝑉
𝑅
=
𝐶 𝑉
𝑐 𝑝 − 𝑐 𝑣
=
1
𝑐 𝑝
𝑐 𝑉
− 1
=
1
𝛾 − 1
que para 𝛾 = 1.4 da 𝑐 𝑉 = 2.5 𝑅
Si se quisiera hacer exactamente, habría que aplicar que para un proceso a volumen constante
el calor equivale a la variación en la energía interna
𝑄 𝑓 = ∆𝑈 = 𝑈 𝐷 − 𝑈𝐴

25. El trabajo realizado por el sistema durante un ciclo es la diferencia entre el calor absorbido y el
cedido (en valores absolutos)
𝑊 = 𝑄 𝑐 − 𝑄 𝑓 = 13.35 𝑘𝐽
El rendimiento de este ciclo Diesel lo podemos hallar como el trabajo realizado dividido por el
calor absorbido
𝑛 =
𝑊
𝑄 𝑐
= 1 −
𝑄 𝑓
𝑄 𝑐
= 63.2%
Vemos que el rendimiento es mucho mayor que para un ciclo Otto que, para valores típicos de
motores de explosión, rondaba el 50%. La causa principal de la diferencia es la mucho mayor
relación de compresión en el motor diésel.
El rendimiento de este ciclo Diesel es, por supuesto, inferior al de un ciclo de Carnot que
operara entre las temperaturas 𝑇 𝐴 𝑦 𝑇𝐶
𝑛 𝑚𝑎𝑥 = 1 −
𝑇𝐴
𝑇𝑐
= 84.3%

27. El ciclo Otto, además de en un diagrama 𝑝𝑉, puede representarse en uno T-S, en el que el eje de
abscisas corresponde a la entropía del sistema y el de ordenadas a su temperatura. En este
diagrama, los dos procesos adiabáticos corresponden a sendos segmentos verticales, pues la
entropía permanece constante en un proceso adiabático reversible.
Para los procesos a volumen constante recurrimos a la expresión para la entropía de un gas
ideal
𝑆 = 𝑛𝑐 𝑣 ln
𝑇
𝑇0
+ 𝑛𝑅𝑙𝑛
𝑉
𝑉0
Siendo 𝑇0 𝑦 𝑉0 la temperatura y el volumen de un cierto estado de referencia. Despejando de aquí
la temperatura
𝑇 = 𝑇0
𝑉
𝑉0
𝛾−1
𝑒
𝑠
𝑛𝑐 𝑉
que nos dice que cuando V es constante, la temperatura varía exponencialmente con la entropía.
El ciclo Otto corresponderá por tanto a dos curvas exponenciales conectados por dos segmentos
rectilíneos.

28. Según indicamos en la introducción, el ciclo Diesel se distingue del Otto en la fase
de combustión, que en el ciclo Otto se supone a volumen constante y en el Diesel a
presión constante. Por ello el rendimiento es diferente.
Si escribimos el rendimiento de un ciclo Diesel en la forma
𝑛 = 1 −
1
𝑟 𝛾−1
𝑟𝑐
𝛾
−
1
𝛾𝑟𝑐 − 1
vemos que la eficiencia de un ciclo Diesel se diferencia de la de un ciclo Otto por el
factor entre paréntesis. Este factor siempre mayor que la unidad, por ello, para
iguales razones de compresión 𝑟
𝑛 𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 < 𝑛 𝑂𝑡𝑡𝑜

30. AeroEnergía. (26 de Marzo de 2017). Motor Gasolina vs Motor Diésel. Obtenido de Youtube:
https://www.youtube.com/watch?v=XF6PvoBjQnE
Bera, E. (25 de Septiembre de 2010). Ciclo Diesel - Termodinamica Tecnica . Obtenido de Tripod:
http://eribera_bo.tripod.com/ciclo_diesel.html
Boxer, G. (1979). Termodinámica Técnica Teoría, ejemplos resueltos y problemas . Barcelona:
Reverté.
Bryantsoto83. (5 de noviembre de 2015). motor otto y diesel. Obtenido de Slideshare:
https://es.slideshare.net/bryantsoto83/motor-otto-y-diesel
Buitrago, N. (13 de Noviembre de 2011). Wordpress. Obtenido de FISICA DE FLUIDOS Y
TERMODINAMICA La verdadera ciencia enseña:
https://nikolasbuitragoj.wordpress.com/tercer- corte/consultas/ciclos-t
ermodinamicos/ciclo-diesel/
Connor, N. (11 de 01 de 2020). Qué es el ciclo diesel – Motor diesel – Definición. Obtenido de
Thermal: https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-el-ciclo-diesel-motor-diesel-
definicion/
Cristóbal, A. S. (22 de Diciembre de 2015). Mecánica . Obtenido de La cadena cinemática :
http://mecanicadocencia.blogspot.com/
electromecánico, P. (18 de Febrero de 2011). Motor a gasolina o de ciclo OTTO. Obtenido de Portal
electromecánico:
http://www.portalelectromecanico.org/CURSOS/MotoresCombustion/motor_a_gasolina_o_d

31. Flerasgard. (30 de Julio de 2009). Ciclo Diesel. Obtenido de Slideshare:
https://es.slideshare.net/Flerasgard/ciclo-diesel
Fran8melen. (8 de Febrero de 2012). Ciclo otto / diesel. Obtenido de Slideshare:
https://es.slideshare.net/fran8melen/ciclo-otto-diesel
Jaramillo, O. (03 de Mayo de 2007). Termodinamica . Obtenido de Unam:
http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Termodinamica/node48.html
Jiménez Bernal , J. A., Gutiérrez Torres, C. D., & Barbosa Saldaña, J. G. (2014).
Termodinámica . Mexico: Grupo editorial Patria.
Laplace.es. (13 de Abril de 2015). Ciclo otto. Obtenido de Departamento de Fisica Aplicada III:
http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Otto
Laplace.us. (1 de Marzo de 2013). Ciclo Diesel. Obtenido de Departamento de Física aplicada
III: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Diesel
Motorgiga. (14 de Junio de 2012). Así es el Ciclo Diesel. Obtenido de Diccionario Motorgiga:
https://diccionario.motorgiga.com/diccionario/compresion-definicion- significado/gmx-
niv15-con193643.htm
Navarro. (08 de 11 de 2012). Ciclo Diesel. Obtenido de CiclosGeneracion:
https://navarrof.orgfree.com/Docencia/Termodinamica/CiclosGeneracion/ciclo_dies
el.htm

32. Planas, O. (6 de Agosto de 2012). DIFERENCIAS ENTRE EL MOTOR OTTO Y EL MOTOR
DIÉSEL. Obtenido de Demotor.net: https://demotor.net/motores-termicos/diferencias-
motor-otto- y-diesel#:~:text=el%20motor%20di%C3%A9sel-
,El%20motor%20Otto%20y%20el%20motor,dos%20tipos%20de%20motores%20t%C3%
A9rmicos.&text=El%20motor%20Otto%20funciona%20seg%C3%BAn,en%20el%20encen
dido%20del%
Ramos, O. (19 de Septiembre de 2014). Análisis termodinámico del motor diesel. Obtenido de
Slideshare: https://es.slideshare.net/oliver4ever/u2-anlisis-termodinmico-del-motor-
diesel
Rolle, K. C. (2006). Termodinámica Sexta edición . Mexico: Pearson.
Sites.google.com. (19 de Agosto de 2016). Máquinas Térmicas . Obtenido de Los motores Diésel:
https://sites.google.com/site/maquinastermicas14/4-combustion-interna/4-3-los-
motores-diesel
Tripler, P. A., & Mosca, G. (2005). Fisica para la ciencia y la tecnología quinta edición . Barcelona :
Reverté.
Vargas Alba, I. (20 de Octubre de 2015). DIFERENCIAS ENTRE MOTOR OTTO Y DIÉSEL.
Obtenido de Prezi: https://prezi.com/gyissb49qllz/diferencias-entre-motor-otto-y-diesel/
Wikipedia. (30 de Mayo de 2020). Ciclo Diesel. Obtenido de Wikipedia:
https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_di%C3%A9sel#:~:text=El%20ciclo%20del%20motor
%20di%C3%A9sel,es%20un%20gas%20perfecto%2C%20en
Zamora Carranza, M. (1998). Termo II Un estudio de los sistemas termodinámicos . Sevilla:
Universidad de Sevilla