Motor diésel
El motor diésel es un motor térmico de combustión interna alternativa cuyo principio de funcionamiento es la auto-ignición del combustible debido a altas temperaturas derivadas de la alta relación de compresión que posee, según el principio del ciclo diésel. Puede utilizar como combustible el gasóleo/gas-oíl o aceites pesados derivados del petróleo, como también aceites vegetales como el aceite de girasol (de hecho el primer combustible utilizado en este motor fue el aceite de cacahuete).[1] Además es muy eficiente en términos termodinámicos; los mejores y más desarrollados llegan a alcanzar un valor de entre 50% y 60% de eficacia térmica, (sobre todo en motores de bajas rpm y alto desplazamiento) un valor muy elevado en relación a la casi totalidad de los motores de explosión; es uno de los motores más usados desde su creación en diversas aplicaciones.
Historia
El motor diésel fue inventado en 1894 por el ingeniero alemán Rudolf Diesel, empleado de la firma MAN, 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: sufrió un accidente que les provocó lesiones a él y a sus colaboradores, y que casi le costó la vida a causa de la explosión de uno de sus motores experimentales.
Durante años Diesel trabajó para poder utilizar otros combustibles diferentes a la gasolina, basados en principios de los motores de compresión sin ignición por chispa, cuyos orígenes se remontan a la máquina de vapor y que poseen una mayor prestación. Así fue como en 1897 MAN 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
El motor diésel de cuatro tiempos está formado básicamente por las siguientes mismas piezas que un motor de gasolina, algunas de las cuales son:
Mientras que los siguientes son elementos que si bien la mayoría (excepto bujías de precalentamiento y toberas) son componentes comunes con los motores de gasolina, pueden ser de diseño y prestaciones diferentes:
- Bomba inyectora (mecánica o electrónica)
- Ductos
- Inyectores (mecánicos, electrohidráulicos, inyector-bomba o piezoeléctricos)
- Bomba de transferencia
- Toberas
- Bujías de precalentamiento
- Filtro de partículas específicos para ciclo diésel
Principio de funcionamiento
Un motor diésel funciona mediante la ignición (encendido) del combustible al ser inyectado muy pulverizado y con alta presión en una cámara (o precámara, en el caso de inyección indirecta) de combustión 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.
La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la temperatura que se produce en el segundo tiempo del motor, la compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de combustión a gran presión desde unos orificios muy pequeños que tiene el inyector, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura (entre 700 y 900 °C) y alta presión. Como resultado, la mezcla se inflama muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia fuera.
Esta expansión, a diferencia del motor de gasolina, es adiabática, generando un movimiento rectilíneo a través de la carrera del pistón. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento rectilíneo alternativo (de va y viene, ida y vuelta) del pistón en un movimiento de rotación.
Para que se produzca la autoinflamación es necesario alcanzar la temperatura de inflamación espontánea del diésel. En frío es necesario precalentar el diésel o emplear combustibles más pesados que los empleados en el motor de gasolina, empleándose la fracción de destilación del petróleo fluctuando entre los 220 °C y 350 °C, y que recibe la denominación de gasóleo.
Operación de motores diésel 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. 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 (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:
- Menor consumo de combustible en comparación con un motor homólogo de ciclo Otto (mayor rendimiento térmico).
- Mayor par motor que un motor homólogo de ciclo Otto.
- Mayor fiabilidad mecánica (régimen de giro menor, construcción más robusta).
- Permite usar combustibles vegetales.
- Permiten un uso con mayor carga que un motor Otto homólogo con el mismo nivel de estrés mecánico.
Desventajas:
- Mayor costo de fabricación.
- Complejidad en el tratamiento de emisiones
- Mayor sonoridad en ciertos motores de tecnología de inyección antigua
En la década de los 2010 han surgido muchas voces críticas contra el motor diésel. Se le considera culpable del incremento de partículas y contaminantes por óxidos de nitrógeno en las ciudades. A esto se le suma que la ventaja de combustible más barato ya no es tal, al igualarse los precios de la gasolina y el gasoil (aunque los motores diésel consumen menos combustible a igual cilindrada por trabajar con exceso de aire respecto a un motor de gasolina). El 16 de enero de 2017 la ciudad de Oslo prohibió expresamente la circulación de coches diésel en el centro para reducir la contaminación.[2] Poco después el Ayuntamiento de París aprobó mediante votación, la prohibición de la circulación de vehículos diésel a partir de 2020.[3] A estas ciudades se les han sumando Múnich y Madrid, que ha propuesto como fecha del fin del diésel el año 2025. Muchas de estas medidas por parte de los gobiernos son consideradas exageradas y prematuras por parte de las empresas ya que los mayores culpables son los diésel anteriores a la normativa Euro V, mientras que los Euro V y VI son igual de limpios que los motores de gasolina o incluso más, por lo que los fabricantes no consideran que tengan sentido estas medidas, además de complicar el desarrollo de futuros motores diésel mucho más limpios y eficientes.
Los últimos avances en torno a los motores diésel es la utilización de última tecnología de Bosch, en la que se asegura que los motores diésel, sin necesidad de instaurar componentes adicionales, podrían reducir las emisiones hasta conseguir que emitan tan solo 13 g de NOx en los ciclos RDE estándar.
Fabricantes como Mercedes Benz desarrollaron motores diésel con 0gr de NOx emitidos al medio ambiente, demostrando que el diésel actual puede ser extremadamente limpio, además recientes estudios demuestran que los motores diésel EURO 6 son más limpios que diversos motores de gasolina de inyección directa.
Aplicaciones
- Maquinaria pesada o agrícola de cuatro tiempos, camiones de carga, buses de corta y larga distancia y algunas furgonetas/furgones
- Automóviles de turismo y de competición
- Propulsión ferroviaria 2T
- Propulsión marina de cuatro tiempos hasta una cierta potencia; a partir de ahí dos tiempos
- Vehículos de propulsión a oruga
- Grupos generadores de energía eléctrica (centrales eléctricas y de emergencia)
- Accionamiento industrial (motobombas, compresores, motores estacionarios, etc., especialmente de emergencia)
- Propulsión aérea (principalmente en aviones pequeños para uso privado en lugar de motores con AVGAS).
Véase también
Referencias
- Del aceite de cacahuete al biodiesel de última generación, doi 10.18567/sebbmdiv_RPC.2015.02.1
- «Oslo prohíbe temporalmente los diésel por la contaminación». El Mundo. Consultado el 4 de septiembre de 2017.
- «Fin del diésel, ¿cada vez lo tenemos más cerca?». Autobild.es. Consultado el 4 de septiembre de 2017.
Enlaces externos
- Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Motor diésel.