Motores Diesel: Funcionamiento, Rendimiento y Tecnología de Encendido por Compresión

Motores de Combustión por Compresión (Motores Diesel o MEC)

Principio de Funcionamiento

El rendimiento del ciclo de Otto, base de los motores de explosión (MEP), está limitado por la relación de compresión a la cual se produce la autoignición de la mezcla aire-combustible. Sin embargo, si se comprime solamente aire y, tras alcanzar una alta compresión, se introduce un combustible adecuado, se pueden obtener rendimientos más altos. Éste es el fundamento de los motores Diesel.

En estos motores, si la compresión es elevada, se produce una autoignición del combustible inyectado, teniendo lugar una combustión progresiva en vez de una explosión. Una característica distintiva es que los motores Diesel no poseen un sistema de encendido como las bujías.

Fases del Ciclo Operativo

El funcionamiento básico sigue estos pasos:

1. Admisión: El motor admite aire puro a la presión atmosférica mientras el pistón realiza su movimiento descendente.
2. Compresión: El pistón asciende y comprime el aire adiabáticamente hasta alcanzar presiones elevadas (40-50 atmósferas) y temperaturas superiores a los 600 °C.
3. Inyección y Combustión: Cerca del punto muerto superior, se introduce gasóleo pulverizado en el cilindro a muy alta presión (ej. 70 atm) de forma controlada mediante una bomba inyectora. Debido a la alta temperatura del aire comprimido, la mezcla se inflama espontáneamente (autoignición). La combustión resultante empuja el pistón hacia abajo (carrera de potencia), idealmente ocurriendo a presión constante.
4. Escape: En el momento en que el émbolo alcanza el punto muerto inferior, se abre la válvula de escape y la presión desciende hasta aproximadamente 1 atmósfera. A continuación, el pistón asciende nuevamente, expulsando los gases de combustión hacia el sistema de escape, reanudándose de nuevo el ciclo.

Rendimiento y Diferencias con el Ciclo Teórico

Se puede deducir, aunque su cálculo detallado rebasa los contenidos de este curso, que el rendimiento teórico de un ciclo Diesel es mayor que el de un ciclo Otto (MEP) para relaciones de compresión comparables (aunque los Diesel operan a relaciones mucho mayores).

El diagrama real presión-volumen de un motor Diesel difiere considerablemente del teórico. La combustión no se efectúa exactamente a presión constante, y el proceso de escape y admisión (intercambio de gases) tampoco se lleva a cabo exactamente a volumen constante. También influyen en la reducción del rendimiento real las mismas causas mencionadas para los motores de explosión: combustión incompleta, transferencia de calor a las paredes del cilindro, pérdidas por bombeo, etc.

Ventajas y el Desafío de la Detonación

Los motores Diesel se emplean extensamente en la actualidad a causa de su elevado rendimiento y eficiencia, especialmente en aplicaciones que requieren alto par motor y durabilidad.

También presentan el inconveniente de la detonación (a veces llamado 'picado' o 'golpeteo Diesel'), pero por un motivo distinto al de los motores de explosión. El gasóleo ha de inflamarse en el mismo instante en que se inyecta en el cilindro. Pues, de no ser así, se acumularía una cantidad excesiva de combustible antes de la ignición, lo que provocaría una combustión demasiado rápida y descontrolada. Esto originaría un brusco aumento de presión que daría lugar a una detonación audible y potencialmente perjudicial para el motor. Para evitarla, es necesario que el retraso de la ignición sea lo más pequeño posible, lo que se logra utilizando combustibles de inflamabilidad elevada (con un alto índice de cetano).