Motor diésel

Apariencia mover a la barra lateral ocultar Corte de un motor diésel moderno fabricado por Mercedes-Benz, mostrando su interior

El motor diésel es un tipo de motor térmico de combustión interna conocido por su principio de funcionamiento basado en la autoignición del combustible. Este principio se debe a las altas temperaturas generadas por una elevada relación de compresión, como se rige en el ciclo diésel. Los motores diésel pueden funcionar con diversos combustibles, desde el tradicional diésel hasta aceites pesados derivados del petróleo y, en algunos casos, aceites vegetales, como el aceite de girasol. Es importante destacar que el primer combustible utilizado en este tipo de motor fue el aceite de cacahuate.​

Además de su versatilidad en cuanto a combustibles, estos motores destacan por su eficiencia termodinámica. Los modelos más avanzados pueden alcanzar valores de eficacia térmica que oscilan entre el 50 y 60 %. Este alto rendimiento es especialmente notorio en motores de bajas rpm y alto desplazamiento, lo que representa una eficiencia excepcional en comparación con la mayoría de los motores de combustión interna. Desde su creación, el motor diésel ha encontrado aplicaciones en una amplia variedad de campos industriales y de transporte.

Historia

Un antiguo motor diésel estacionario de un único cilindro

Fue inventado en 1893 por el ingeniero alemán Rudolf Diesel, empleado de la firma MAN SE, que por aquellos años ya estaba en la producción de motores y vehículos de carga de rango pesado.

Rudolf Diesel estudiaba los motores de alto rendimiento térmico, con el uso de combustibles alternativos en los motores de combustión interna para reemplazar a los viejos motores de vapor que eran poco eficientes, muy pesados y costosos. Su invento le costó muy caro, ya que sufrió un accidente que les provocó lesiones a él y a sus colaboradores, incluso casi le costó la vida a causa de la explosión de uno de sus motores experimentales.

Durante años, Rudolf Diesel trabajó para poder utilizar otros combustibles diferentes a la gasolina, basados en principios de los motores de compresión sin ignición por bujía, cuyos orígenes se remontan a la máquina de vapor y que poseen una mayor prestación. Así fue como en 1897, MAN SE produjo el primer motor conforme a los estudios de Rudolf Diesel, encontrando para su funcionamiento un combustible poco volátil, que por aquellos años era muy utilizado, el llamado aceite liviano, más conocido como fueloil, que se utilizaba para alumbrar las lámparas de la calle.

Partes

Bomba inyectora en línea Bomba inyectora rotativa

El motor diésel de cuatro tiempos está formado básicamente por las siguientes piezas, muchas de las cuales son compartidas con un motor de gasolina:

Además de estas piezas comunes, los motores diésel también incluyen componentes específicos:

Estas piezas en conjunto permiten que el motor diésel funcione de manera eficiente y proporcione la potencia necesaria para una variedad de aplicaciones, desde automóviles hasta maquinaria industrial.

Principio de funcionamiento

Ciclo diésel de 4 tiempos

El motor diésel funciona mediante la ignición o encendido del combustible al ser inyectado muy pulverizado y con alta presión en una cámara de combustión o precámara, en el caso de inyección indirecta, que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de autocombustión, sin necesidad de chispa como en los motores de gasolina. Este proceso es lo que se llama la autoinflamación. A continuación, se detalla el proceso:

1. Compresión: El motor diésel opera en un ciclo de cuatro tiempos, y el proceso comienza con la compresión. El aire es aspirado y comprimido dentro de la cámara de combustión a una relación de compresión muy alta, lo que aumenta significativamente su temperatura.

2. Inyección de combustible: En este punto, el combustible diésel se inyecta en la cámara de combustión a alta presión desde pequeños orificios en el inyector. Debido a la alta temperatura y presión del aire comprimido, el combustible se atomiza y se mezcla íntimamente con el aire.

3. Autoinflamación: A diferencia de los motores de gasolina que requieren una chispa, en el motor diésel, la mezcla de aire y combustible se inflama debido a la alta temperatura generada por la compresión. Este fenómeno se conoce como autoinflamación y hace que el combustible se queme de manera espontánea y rápida.

4. Expansión: La combustión genera una gran presión que empuja hacia abajo el pistón en el cilindro. A diferencia de los motores de gasolina, la expansión es adiabática, lo que significa que no se intercambia calor con el entorno. Esto resulta en un movimiento rectilíneo del pistón.

5. Transmisión de energía: La biela conectada al pistón transmite este movimiento al cigüeñal, que lo convierte en un movimiento de rotación. Es este movimiento rotativo del cigüeñal el que finalmente impulsa el vehículo.

Para que se produzca la autoinflamación, es necesario alcanzar la temperatura de inflamación espontánea del diésel. En condiciones frías, es necesario precalentar el diésel o utilizar combustibles más pesados que los empleados en los motores de gasolina, con una fracción de destilación del petróleo que varía entre 220 a 350 °C (428 a 662 °F) y que se denomina diésel.

Este principio de funcionamiento permite que los motores diésel sean altamente eficientes y adecuados para una variedad de aplicaciones, desde automóviles hasta maquinaria industrial.

Operación en buques

Así empieza en los buques: antes de la puesta en marcha de un motor diésel principal es necesaria una inspección de los circuitos de refrigeración y lubricación y controlar sus niveles. Antes de su puesta en marcha, se debe poner en funcionamiento un generador eléctrico. Limpiar los filtros de toma de agua de mar, de combustible y de aceite. Se debe hacer funcionar el virador con los grifos abiertos para purgar los cilindros y verificar el nivel de agua de las camisas. Debe precalentarse el combustible en caso de que este sea viscoso, debido a que hay motores donde esto no es necesario porque el fueloil circula permanentemente con un sistema de calentamiento constante, que puede incluir desde precalentadores hasta recubrimiento calefaccionado de las tuberías de alta presión de inyección. Y una vez que se han eliminado todos los bloqueos, poner en funcionamiento el motor acorde a lo indicado por el puente de mando, el cual indicará mediante el telégrafo cuál es la velocidad deseada.

Ventajas y desventajas

Ventajas

Desventajas

En la década de 2010, surgieron críticas hacia los motores diésel debido a su asociación con un aumento en las emisiones de partículas y óxidos de nitrógeno en áreas urbanas. Esta preocupación llevó a la prohibición de vehículos diésel en ciudades como Oslo y París a partir de 2020. Múnich y Madrid también han propuesto eliminar gradualmente los motores diésel para 2025. A pesar de estas medidas, algunos fabricantes, como Mercedes-Benz, han desarrollado motores diésel muy limpios, incluso emitiendo 0 gramos de NOx, y estudios recientes indican que los motores diésel Euro 6 pueden ser más limpios que los de gasolina de inyección directa. La industria también está explorando tecnologías de última generación, como las de Bosch, para reducir aún más las emisiones de óxidos de nitrógeno en los motores diésel.

Aplicaciones

Sección de un diésel de dos tiempos, con las válvulas de escape y el compresor mecánico para las lumbreras de admisión

Véase también

Referencias

  1. ↑ Del aceite de cacahuete al biodiesel de última generación Archivado el 30 de julio de 2017 en Wayback Machine., doi 10.18567/sebbmdiv_RPC.2015.02.1

Enlaces externos