Funcionamiento del motor diésel: combustión, ciclo de 4 tiempos y factores clave

Factores Determinantes en la Calidad de la Combustión Diésel

La eficiencia y calidad de la combustión en un motor diésel dependen de varios factores interrelacionados:

• Fase de Compresión

  El elemento crucial es el aire aspirado y, específicamente, la temperatura que alcanza al final de esta fase. Dicha temperatura está influenciada por:

  • Temperatura del aire exterior y del motor: Especialmente relevante durante el arranque en frío.
  • Diseño de la cámara de combustión: Una superficie mínima favorece una menor disipación de calor.
  • Relación de compresión: Existe una relación directa; a mayor compresión, mayor temperatura.

• Régimen de Giro (RPM)

  El tiempo disponible para la inyección, la mezcla aire-combustible y el inicio de la combustión es extremadamente corto. Estos procesos ocurren secuencialmente en milisegundos.

  Un régimen de giro elevado puede reducir la eficiencia del motor, ya que disminuye el tiempo disponible para una mezcla y combustión óptimas.

El Proceso de Combustión en Motores Diésel

La combustión puede iniciarse en diferentes puntos dentro de la cámara, pero idealmente, debería comenzar de manera controlada y en el momento preciso.

El proceso se divide en tres fases principales:

1. Tiempo de Retraso (Retardo a la Ignición)

   Es el intervalo entre el inicio de la inyección de gasóleo y el comienzo efectivo de la combustión. Ocurre al final de la carrera de compresión y suele durar aproximadamente un milisegundo. Durante este tiempo, el combustible se atomiza, vaporiza y mezcla con el aire caliente.

2. Combustión Rápida (o Incontrolada)

   Corresponde a la combustión súbita y violenta de la mezcla aire-combustible acumulada durante el tiempo de retraso. Genera un aumento instantáneo y brusco de la presión, ocurriendo prácticamente a volumen constante, ya que el pistón apenas se ha movido desde el Punto Muerto Superior (PMS).

3. Combustión Lenta (o Controlada)

   Continúa tras la fase anterior mientras sigue la inyección de combustible. A medida que el pistón desciende (carrera de expansión), la presión y la temperatura en el cilindro disminuyen. La combustión es favorecida por la turbulencia generada por los gases ya quemados y la propia inyección. Esta fase finaliza en un punto determinado de la carrera de expansión.

Ciclo Operativo del Motor Diésel de 4 Tiempos

El funcionamiento se basa en cuatro carreras del pistón:

1. Admisión

   La válvula de admisión está abierta y la de escape cerrada. El pistón desciende desde el Punto Muerto Superior (PMS) al Punto Muerto Inferior (PMI), llenando el cilindro únicamente con aire fresco.

2. Compresión

   Ambas válvulas (admisión y escape) permanecen cerradas. El pistón asciende del PMI al PMS, comprimiendo el aire atrapado. Esto eleva considerablemente la temperatura del aire (entre 500 °C y 750 °C) y su presión.

3. Inyección, Combustión y Expansión (Carrera de Trabajo)

   Justo antes de que el pistón alcance el PMS, se inyecta gasóleo finamente pulverizado en la cámara de combustión. Debido a la alta temperatura del aire comprimido, el gasóleo se enciende espontáneamente (autoignición). La combustión genera un rápido aumento de temperatura y presión, empujando el pistón con fuerza hacia el PMI. Esta es la única carrera que produce trabajo útil.

4. Escape

   La válvula de escape se abre (la de admisión permanece cerrada). El pistón asciende del PMI al PMS, expulsando los gases quemados (residuos de la combustión) fuera del cilindro. La presión residual dentro del cilindro, superior a la atmosférica, facilita esta expulsión inicial.

Breve Historia de la Locomotora Diésel RENFE Serie 10.200

• Creación: El proyecto data de 1935, encargado a la compañía “Maquinista Terrestre y Marítima” (MTM).
• Unidades Fabricadas: Se construyeron dos locomotoras prototipo: la 10.201 y la 10.202.
• Periodo de Servicio: Estuvieron operativas hasta el año 1966.
• Hito Histórico: Fueron las primeras locomotoras diésel de línea en circular por vías de ancho ibérico.
• Estado Actual:
  • La locomotora 10.201 se conserva y exhibe en el Museo del Ferrocarril de Madrid.
  • La locomotora 10.202 fue desguazada.