La combustión en un motor diésel ocurre en dos fases. Primero, una pequeña porción de combustible se quema rápidamente debido a la alta presión y temperatura, causando ruido. Luego, el combustible restante se vaporiza lentamente y se difunde para quemarse, lo que requiere un proceso más lento y controlado. Debido a esto, es difícil aumentar las rpm en un motor diésel y se debe confiar más en la sobrealimentación. Además, al combustible le cuesta encontrar oxígeno, por lo que las mezclas deben

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COMBUSTIÓN DIESEL
Los fenómenos que llevan a la combustión en un motor Diesel comienzan cuando, al final de la
compresión (recuérdese que en un motor Diesel sólo se comprime aire), estando el aire a una presión
que en motores fuertemente sobrealimentados (como los Diesel de hoy en día) puede ser de unos 80
bar, y temperaturas de 700 °C, se empieza a inyectar el combustible, como se observa en la figura 1,
donde se ven multitud de gotitas de combustible que entran en contacto con el aire
caliente.
Cuando el combustible penetra en ese ambiente, inmediatamente comienza a
vaporizarse, porque además es inyectado en gotas muy pequeñas, y se empieza a
formar una nube de aire y combustible vaporizado. Es la región gris de la figura 2. Nos
encontramos con una situación que nos resulta familiar... ahí empiezan a producirse
choques entre moléculas, y a generarse radicales. Pasado un cierto tiempo, esa nube
entra en ignición, e instantáneamente se quema una cierta cantidad de combustible,
convirtiéndose en la zona roja de la figura 3.
Eso es una explosión, una combustión que se llama de premezcla, en la que se libera
bastante energía en poco tiempo. Lógicamente, la temperatura de esa zona sube
mucho, y hay una subida de presión bastante brusca, que es la responsable del ruido,
más bien del traqueteo, del motor Diesel. A plena carga, ahí se quema entre un 20 y
un 40% del combustible, entre lo que explota en la primera ignición y lo que ya está
vaporizado y reacciona rápidamente.
A continuación, nos encontramos con que hay en la cámara gotas líquidas de
combustible, y otras que aún se pueden seguir inyectando, rodeadas de aire y gas
residual de la combustión de premezcla a alta temperatura.
En esas condiciones, aumenta la tasa de vaporización de las gotas combustible, y el
vapor que sale de la gota se difunde por la cámara. En cuanto encuentra oxígeno,
reacciona y se quema. Es la segunda fase de la combustión en el motor Diesel, la
combustión de premezcla, que está esquematizada en la figura 4. Es una combustión
mucho más lenta, y está gobernada por la tasa de inyección que se tiene, la tasa de
vaporización de las gotas y la facilidad con que el vapor encuentre oxígeno (que no
siempre ocurre).
Visto cómo se realiza la combustión, podemos comentar ciertos aspectos de la misma que se traducen
en características intrínsecas del motor Diesel:
En principio, puede ser conveniente, para reducir el ruido generado por el motor, que la cantidad de
combustible quemada por premezcla sea lo más pequeña posible. Ya se ha comentado que es la
causante del ruido del motor Diesel. Para ello, se utilizan distintas técnicas; la más común consiste en,
con bastante adelanto respecto a la inyección principal, inyectar una pequeña cantidad de combustible,
que se quemará relativamente pronto. Así, cuando se inyecte el resto, se encontrará con un ambiente
mucho más agresivo, tanto térmica como químicamente (la cámara se ha sembrado de radicales). Las
nuevas gotas se evaporarán rápidamente y reaccionarán sin producir grandes elevaciones de presión.
Incluso, en motores de última generación, lo que se hace es la preinyección, y después varias
inyecciones parciales, controlando así la tasa de quemado y por tanto la liberación de energía,
consiguiendo una sustancial reducción del ruido y las vibraciones.

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Otro tema de gran importancia en la combustión del motor Diesel es el diámetro de las gotas de
combustible cuando se inyectan en la cámara, relacionado con el tamaño de los orificios del inyector y
con la presión de inyección.
Una gota muy grande tardará más tiempo en evaporarse, y por tanto se acumulará mucho combustible
antes de explotar y la premezcla será más intensa. Además, la combustión por difusión se prolongará
más en el tiempo, lo que después veremos que puede no ser bueno. También habrá problemas para
que en la difusión el combustible encuentre oxígeno.
Un problema típico de los Diesel de Inyección Directa es el goteo por el inyector. Si el inyector está
sucio, inyecta gotas muy grandes que pueden llegar a impactar con el émbolo. Gotas ardiendo a alta
velocidad dan como resultado una especie de soplete que puede acabar agujereando el émbolo, o
calentándolo tanto que el pie de biela o el bulón se reblandecen y se puede producir su rotura.
Todo esto hace que una de las luchas tradicionales del motor Diesel es buscar una presión de inyección
lo más alta posible, conseguida a base de tener unos orificios de inyección cada vez más pequeños. Ya
se está llegando allímite de tamaño de orificio de los inyectores con los métodosde fabricación actuales.
Además, resulta que el tamaño de las gotas tampoco debe ser demasiado pequeño, porque en esas
condiciones en cuanto entran en la cámara son arrastradas por la corriente de aire, y al no haber
velocidad relativa entre gotas y aire, se dificulta la vaporización. A mi parecer, los 2000 bar a los que
actualmente se ha llegado, pueden parecer un límite superior a la presión de inyección bastante
razonable.
Esta combustión, primero por premezcla y después por difusión, marcan un límite al régimen de giro
del motor Diesel. Esto es debido a que hay procesos cuya duración no depende del régimen de giro, y
a medida que éste aumenta, la combustión va ocupando un ángulo cada vez mayor, es decir, por poner
un ejemplo con números, si una gota tarda 3 milisegundos en evaporarse, eso son 36º de cigüeñal a
2000 rpm, pero 72º a 4000 rpm, y a más alto régimen todavía se está quemando cuando se abre la
válvula de escape. Así, malamente se va a conseguir subir mucho el régimen máximo del Diesel, y los
aumentos de potencia se consiguen únicamente a base de aumentar la presión de soplado del turbo.
Debido a este tema, al aproximarse al régimen máximo en Diesel el propio mecanismo de regulación de
la bomba, o la electrónica en motores modernos, cortan la inyección de manera gradual.
Otro efecto importante que ocurre en el motor Diesel es relativo a la cantidad de combustible que se
puede quemar. Como se explica aquí, para una cierta cantidad de aire hay una cantidad máxima de
combustible a quemar, que es la relación estequiométrica. En un motor de gasolina, se pueden... es
más, se deben quemar mezclas estequiométricas o al menos en su entorno. En el Diesel, debido a que
al final de la combustión al combustible le cuesta encontrar oxígeno, no se pueden quemar mezclas con
tanto combustible. Así, el lambda mínimo que se puede quemar en un Diesel ronda el valor 1.2, lo que
equivale a que hay que tener sobre un 20% de exceso de aire para que todo el combustible encuentre
oxígeno. Por debajo de eso, aumenta mucho la emisión de partículas de hollín, que es carbono sólido
que no ha conseguido encontrar oxígeno a tiempo para quemarse.
Conclusiones
Se establecen en este apartado las conclusiones más significativas de este capítulo, algunas ya
adelantadas en el texto de arriba.
Con respecto a la potencia máxima desarrollada por un motor, podemos hablar de motores atmosféricos
o turboalimentados.
En los atmosféricos, es evidente que un Otto desarrolla mayor potencia que un Diesel, por dos motivos
fundamentales:

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 Régimen de giro. Ya ha quedado claro que, al menos por problemas de combustión, el motor
Otto no tiene problemas paraalcanzar regímenes de giro muy elevados,manteniendouna buena
combustión en todo momento. Esto es debido a que el frente de llama es tanto más rápido
cuanto mayor sea el régimen de giro, por lo que el ángulo totalocupado con la combustión varía
poco con el régimen. En el Diesel,sin embargo,debido a la existencia de procesos cuya duración
no depende del régimen de giro del motor, a alto régimen la combustión ocupa mucho ángulo
de giro, disminuyendo elrendimiento delmotor,por lo que no se puede subir mucho la velocidad
de giro del motor.
 Riqueza de mezcla.En elmotor Otto,como la gasolina y el aire están ya mezclados íntimamente
antes de empezar la combustión, se pueden quemar mezclas con riquezas incluso superiores a
la estequiométrica, obteniendo así un aprovechamiento máximo del aire que se ha conseguido
aspirar en admisión. Dicho de otra forma, hasta la última molécula de oxígeno puede reaccionar
con el combustible. Mientras, en el Diesel el combustible se inyecta en la cámara, teniendo que
mezclarse con el aire en un breve espacio de tiempo, al final del proceso, al combustible le
cuesta mucho trabajo encontrar oxígeno, por lo que hay que quemar mezclas pobres, y muy
importante, generar una gran turbulencia en la cámara de combustión. De esta forma, a
igualdad de masa de aire (dada, más o menos, por la cilindrada), el motor de gasolina podrá
quemar un 20% más de combustible, obteniendo por tanto mayor potencia. Un motor Diesel,
atmosférico, raramente pasará de 7.5 m.kg-f de par por litro de cilindrada, mientras que un
Otto, a poco que sea decente, ronda los 9 m.kg-f/Lt, llegando en buenas realizaciones a valores
de 10 m.kg-f/Lt.
En motores turbo, nos encontramos con que es mucho más fácil y razonable la sobrealimentación de
motores Diesel, ya que la auto ignición del combustible se ve favorecida por la mayor presión y
temperatura de gases, mientras que el Otto, ya de por sí limitado en su rendimiento en motores
atmosféricos, agrava sustancialmente el problema con el uso del turbocompresor. Un motor Otto
sobrealimentado, si quiere mantener un consumo aceptable, tiene un amplio despliegue tecnológico
para luchar contra la detonación, aunque la unión del turbo y un régimen de giro alto, sigue haciendo
que el Otto pueda alcanzar potencias específicas mayores que el motor Diesel, aunque se puede
comprobar que el par motor del turbodiesel normalmente será superior al del Otto.
Finalmente, queda hablar del consumo de combustible, o del rendimiento del motor. La manera de
quemar el combustible marca también la diferencia en el rendimiento de estos dos motores.
Las dos razones principales por las cuales el motor Diesel consume menos que el Otto son la mayor
relación de compresión delDiesely la capacidad para quemar mezclas pobres (se podría hablar también
de la mayor densidad del gasoil frente a la gasolina, y a que el combustible se vende por volumen, no
por peso, pero, aun así, el gasto másico del Diesel sigue siendo inferior al del Otto).
El Otto, que quema siempre en el entorno de la riqueza estequiométrica, no puede quemar mezclas lo
suficientemente pobres, debido a que el frente de llama se ralentiza y se llegan a tener problemas de
apagado del mismo, mientras que el Diesel es capaz de quemar una cantidad de combustible ínfima en
un cilindro lleno de aire.
Sobre la relación de compresión, en el Otto está limitada por los problemas derivados de la detonación,
mientras que el Diesel, precisamente porque necesita una primera detonación del combustible, utiliza
relaciones de compresión muy elevadas. Es decir, la autoignición del combustible, que es perjudicial
para el motor Otto, es la base del funcionamiento del motor Diesel, razón por la cual éste presenta un
rendimiento superior al primero.