A continuación se muestra un boceto típico de un motor de combustión interna alternativo.
El ciclo Diesel se muestra en los diagramas p – vy T – s a continuación. El ciclo consta de cuatro procesos internamente reversibles en serie.
- Compresión isentrópica:
(Isentrópico = Adiabático (Sin transferencia de calor) + Reversible (Sin irreversibilidad como fricción, etc.)
El estado del sistema cambia de 1 a 2 y el volumen aumenta de V1 a V2. El pistón se mueve desde el punto muerto inferior al punto muerto superior.
- Adición de calor isobárico
(Isobárica = presión constante)
En el ciclo Diesel, el calor se transfiere al fluido de trabajo a presión constante y el estado cambia de 2 a 3. Como el gas comprimido empuja el pistón hacia abajo, el proceso 2–3 también constituye la primera parte de la carrera de potencia. Cuando el volumen es V3, se corta la adición de calor. Ahí es donde entra en juego la relación de corte . Es la relación de volúmenes en el estado 3 y el estado 2, es decir, V3 / V2.
- Expansión isentrópica:
Ahora, dado que la adición de calor está cortada ahora, el proceso es adiabático y reversible, por lo tanto, compresión isentrópica. El pistón todavía se mueve hacia abajo, por lo tanto, la expansión isentrópica del estado 3 al estado 4 es el resto de la carrera de potencia.
- Rechazo de calor isocrórico:
Isochoric = volumen constante
Durante el proceso de volumen constante 4 a 1, el calor se rechaza del aire mientras el pistón está en el punto muerto inferior. Este proceso reemplaza los procesos de escape y admisión del motor real.
Entonces, la relación de corte básicamente nos dice la posición del pistón (mientras está bajando) donde se detiene o corta la adición de combustible.
Ahora eficiencia.
De la primera ley de la termodinámica (conservación de la energía):
[matemáticas] W_ {ciclo} = Q_ {agregado} – Q_ {rechazado} [/ matemáticas]
y
[matemáticas] \ eta = \ frac {W_ {ciclo}} {Q_ {agregado}} [/ matemáticas]
[matemáticas] \ eta = \ frac {Q_ {agregado} – Q_ {rechazado}} {Q_ {agregado}} [/ matemáticas]
[matemáticas] \ eta = 1 – \ frac {Q_ {rechazado}} {Q_ {agregado}} [/ matemáticas]
Nuevamente use la Primera ley de la termodinámica para evaluar el calor agregado y el calor rechazado
[matemáticas] Q_ {agregado} = Q_ {23} = m * (u_3 – u_2) + W_ {23} [/ matemáticas]
y
[matemáticas] W_ {23} = p_2 * (v_3 – v_2) [/ matemáticas]
Por lo tanto,
[matemática] Q_ {agregado} = m * (u_3 – u_2) + p_2 * (v_3 – v_2) [/ matemática]
[matemáticas] Q_ {agregado} = m * (h_3 – h_2) [/ matemáticas]
Similar,
[matemáticas] Q_ {rechazado} = m * (u_4 – u_1) [/ matemáticas]
Así,
[matemáticas] \ eta = 1 – \ frac {(u_4 – u_1)} {(h_3 – h_2)} [/ matemáticas]
Usando la aproximación ideal del gas, la fórmula para la eficiencia se reduce a
[matemáticas] \ eta = 1 – \ frac {1} {r ^ {k-1}} * [\ frac {r_c ^ k-1} {k (r_c ^ -1)}] [/ matemáticas]
donde [math] r_c [/ math] es la relación de corte, [math] r [/ math] es la relación de compresión [math] V_1 / V_2 [/ math] y [math] k [/ math] es la relación de calor específico [matemáticas] c_p / c_v. [/ matemáticas]
Una trama típica de eficiencia basada en esta fórmula resulta ser así
Por lo tanto, para una relación de compresión dada r, la eficiencia disminuye a medida que aumenta la relación de corte. Lo que significa que desea agregar calor lo más rápido posible para que el gas calentado empuje el pistón hacia abajo y produzca un mayor trabajo y, por lo tanto, una mayor eficiencia.
La eficiencia será menor si la relación de corte es mayor porque el pistón ya se ha movido mucho hacia abajo mientras aún se agrega el calor.
Referencias
Croquis y diagramas tomados de Fundamentals of Engineering Thermodynamics por Moran y Shapiro