Ciclo Diesel

O ciclo Diesel ou ciclo do motor diésel é un ciclo teórico que describe motores de combustión interna con acendido por compresión, no que a adición de calor se produce a presión constante, a diferenza do ciclo Otto, onde se fai a volume constante. Na imaxe vese o diagrama P-v do ciclo diesel ideal; onde P é a presión e v é o volume específico. O ciclo diesel ideal consta dos seguinte pasos: De 1 a 2 compresión isoentrópica (azul)
De 2 a 3 quentamento a presión constante reversíbel (vermello)
De 3 a 4 expansión isentrópica (marelo)
De 4 a 1 arrefriamento reversíbel a volume constante (verde) O traballo en (Win) realizao o pistón comprimindo o fluído;
A calor (Qin) aportaa a combustión do fuel;
O traballo en (Wout) efectuao o fluído ao se expandir, producindo un torque;
A calor (Qout) evacuase co ar de exhaustión. Fases
Compresión, proceso 1-2: é un proceso de compresión adiabática reversíbel (isentrópica). Vén simbolizar o proceso de compresión da masa fresca no motor real, no que o pistón, estando no punto morto inferior (PMI), comeza a súa carreira de ascenso, comprimindo o aire contido no cilindro. Iso eleva o estado termodinámico do fluído, aumentando a súa presión, a súa temperatura e diminuíndo o seu volume específico, en virtude do efecto adiabático. Na idealización, o proceso vén gobernado pola ecuación da isentrópica: P ⋅ v k
c t e {\displaystyle P\cdot v^{k}
cte}, con k índice de politropicidad isentrópico.
Combustión, proceso 2-3: nesta idealización, simplifícase por un proceso isóbaro (presión constante). Con todo, a combustión Diesel é moito máis complexa: na contorna do PMS (en xeral un pouco antes de alcanzalo debido a problemas relacionados coa inercia térmica dos fluídos), iníciase a inxección do combustíbel ( en motores de automóbiles, gasóleo, aínda que abonda con que o combustible sexa o suficientemente autoinflamábel e pouco volátil). O inxector pulveriza e perliza o combustíbel, que, en contacto coa atmosfera interior do cilindro, comeza a evaporarse. Como queira que o combustible dun motor Diesel ten que ser moi autoinflamábel (gran poder detonante), ocorre que, moito antes de que termine a inxección de todo o combustible, as primeiras pingas de combustible inxectado se autoinflaman e dan comezo a unha primeira combustión caracterizada por ser moi turbulenta e imperfecta, ao non ter a mestura de aire e combustible tempo suficiente como para homoxeneizarense. Esta etapa é moi rápida, e no presente ciclo obviase, pero non así no chamado ciclo Diesel rápido, no que se simboliza como unha compresión isócora ao final da compresión. Posteriormente dase, sobre a masa fresca que non foi queimada, unha segunda combustión, chamada combustión por difusión, moito máis pausada e perfecta, que é a que aquí se simplifica por un proceso isóbaro. Nesta combustión por difusión adóitase queimar en torno ao 80% da masa fresca, por iso é polo que a etapa anterior se tende a obviar. Con todo, tamén é certo que a inmensa maioría do traballo de presión e das perdas e irreversibilidades do ciclo danse na combustión inicial, polo que omitila sen máis só conducirá a un modelo imperfecto do ciclo Diesel. Consecuencia da combustión é o elevamento súbito do estado termodinámico do fluído, en realidade debido á enerxía química liberada na combustión, e que neste modelo ha de se interpretar como unha calor que o fluído termodinámico recibe, e a consecuencia do cal expándese nun proceso isóbaro reversíbel.
Expansión, proceso 3-4: simplifícase por unha expansión isentrópica do fluído termodinámico, até o volume específico que se tiña ao comezo da compresión. Na realidade, a expansión prodúcese a consecuencia do elevado estado termodinámico dos gases tras a combustión, que empuxan ao pistón desde o PMS cara ao PMI, producindo un traballo. Nótese como, como en todo ciclo de motor de catro tempos, só nesta carreira, na de expansión, se produce un traballo.
Última etapa, proceso 4-1: esta etapa é un proceso isócoro (volume constante) desde a presión final de expansión ata a presión inicial de compresión. En rigor, carece de calquera significado físico, e simplemente emprégase ad hoc, para poder pechar o ciclo ideal. Con todo, hai autores que non satisfeitos con todas as idealizacións realizadas, insisten en dar un significado físico a esta etapa, e asóciana ao renovado da carga, pois, razoan, é isto o que se produce nas dúas carreiras que preceden á compresión e seguen á expansión: o escape de masa queimada e a admisión de masa fresca. No entanto, o escape é un proceso que require moito máis traballo que o que implica este proceso (ningún), e ademais ningún dos dous procesos se dá, de ningunha maneira, a volume específico constante.
É importante notar como, no ciclo Diesel, non se deben confundir nunca os catro tempos do motor co ciclo termodinámico que o idealiza, que só se refire a dous dos tempos: a carreira de compresión e a de expansión; o proceso de renovado da carga cae fóra dos procesos do ciclo Diesel, e nin tan sequera é un proceso termodinámico no sentido estrito.