Ciclo diésel

El ciclo del motor diésel lento (en contraposición al ciclo rápido, más aproximado a la realidad) ideal de cuatro tiempos es una idealización del diagrama del indicador de un motor Diesel, en el que se omiten las fases de renovación de la carga., y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire. Además, se acepta que todos los procesos son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido. Aunque todo ello lleva a un modelo muy aproximado del comportamiento real del motor, permite al menos extraer una serie de conclusiones cualitativas con respecto a este tipo de motores. No hay que olvidar que los grandes motores marinos y de tracción ferroviaria son del ciclo de 2 tiempos diesel.
Como se ve en la figura, el ciclo Diesel ideal está formado por cuatro líneas térmicas que representa: la compresión adiabática (1-2); la introducción del calor a presión constante (2-3); la expansión adiabática (3-4); la expulsión del calor a volumen constante (4-1). Durante la transformación 2-3 de introducción del calor Q1 a presión constante, el pistón entra en funcionamiento, y por tanto, el fluido produce el trabajo:

Por consiguiente, la ecuación de la energía sin flujo se convierte en

y la entalpía h del fluido está dada por la expresión la ecuación se transforma en Por ser el fluido un gas perfecto, podemos emplear, para su variación de entalpía a presión constante, la expresión Luego, el calor introducido tendrá el siguiente valor:Hay que hacer resaltar que en una transformación con introducción de calor a presión constante varía el valor de la entalpía del fluido activo, mientras que en caso de la transformación a volumen constante varía el de la energía interna del fluido. Como la sustracción del calor Q2 se realiza como en el ciclo Otto, podemos escribir:
Q2=U4-U1
y como el fluido es un gas perfecto y el ciclo es ideal:
Q2=Cv(T4-T1).
Por tanto, el rendimiento térmico ideal del ciclo Diesel teórico vale:
he= (calor suministrado – calor sustraído)/ calor suministrado

expresión del todo análoga a la encontrada para el rendimiento ideal del ciclo teórico Otto.
Para la transformación 2-3 de combustión a presión constante tenemos: Para las transformaciones adiabáticas 1-2 de compresión y 3-4 de expansión se tiene, respectivamente:
de donde:
y como son V4=V1 y T3/T2=V3/V2 , se puede escribir:Sustituyendo esta expresión en la del rendimiento térmico ideal, resulta: indicando con t’ la relación entre los volúmenes V3 y V2 al final y al comienzo, respectivamente, de la fase de combustión a presión constante, a la cual daremos el nombre de “relación de combustión a presión constante”, y recordando queobtenemos, finalmente, la expresión del rendimiento térmico ideal del ciclo teórico Diesel:

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