Motores Diesel vs Motores Gasolina Opciones

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Como creo que tenemos algunos errores de concepto voy a intentar explicarlos como mejor sepa.

AVISO: No soy ingeniero ni nada parecido, solo tengo algunos conocimientos de mecánica.

El ciclo de funcionamiento de los motores diesel y gasolina comparados son:

GASOLINA:
- Aspiración de la mezcla aire-gasolina (proporción en peso 17:1. Cantidad de aire regulada por el acelerador)
- Compresión de la mezcla 9-11:1 (entre 9 y once)
- Encendido por chispa (producida por la bujía) - Explosión
- Escape

DIESEL:
- Aspiración de aire puro
- Compresión del aire 17-22:1 (entre 17 y veintidós)
- Inyección de gasoil en cantidad regulada por el acelerador y autoinflamación por el calor de la compresión. Combustión a medida que entra.
- Escape

Como se puede observar solo el último de los cuatro tiempos, el escape, es idéntico.

Voy a suponer que todos conocemos suficientemente el motor de gasolina y a centrarme únicamente en el de gasoil.

El motor de gasoil funciona según el ciclo DIESEL y también es conocido como motor de combustión interna o autocombustión. En cambio el motor de gasolina funciona según el ciclo OTTO y es conocido como motor de explosión.

Un motor DIESEL aspira aire puro, cuanto más mejor (por eso les gustan tanto los turbos) porque no están sometidos a una relación estequiométrica (menuda palabrita), que no es más que la proporción FIJA de aire/combustible que necesita la gasolina para explotar. Un motor de gasolina con mayor proporción de gasolina en la mezcla (mezcla rica) no puede quemarla toda y, por consiguiente, no consigue mejor rendimiento y si calentarse más. Si invertimos los términos y ponemos menos gasolina (mezcla pobre) ésta se quemará más lentamente con lo que tendremos menos rendimiento y también un sobrecalentamiento del motor.

La relación de compresión en un motor OTTO viene limitada, principalmente, por el índice de octano de la gasolina (el octano es un hidrocarburo) que no es más que su capacidad para no explotar por sí misma. Cuando la gasolina detona, o sea explota por autocombustión sin necesidad de la chispa de la bujía, se produce un lo que conocemos como "picado de biela" que es el choque de dos frentes de llama, uno el de la autodetonación de la gasolina y otro el del resto de la gasolina inflamada por la chispa de la bujía.

Un motor DIESEL comprime el AIRE PURO mucho más, entre 15:1 los motores de camiones, 17:1 los motores más pequeños de inyección directa y 23:1 los motores de inyección indirecta. Este aire alcanza temperaturas superiores a 400º centígrados, suficientes para que el gasoil arda. Pero para conseguir que se queme completamente y rápidamente es necesario mezclarlo muy bien, por lo que se inyecta a altas presiones. Además, y esto es común con los motores de gasolina, cuanto más turbulencia tenga el aire mejor se mezclará.

Un motor de gasoil tiene un rendimiento térmico aproximado de un 40% frente a un 33% de un motor de gasolina, y aunque estos valores se mejoran con los últimos avances de la electrónica, la proporción entre ellos se mantiene. Este es el motivo por el que un motor DIESEL gasta menos combustible que uno OTTO a igualdad de potencia producida.

Y aquí llegamos al eje del problema, producir potencia. La potencia (CV) como tal es una función del PAR MOTOR (PM) y las Revoluciones Por Minuto (RPM) según la fórmula empírica CV = (PM x RPM) / 716. No tengo ni idea de por que 716.
Con esto tenemos que para conseguir un motor con más caballos o aumentamos el PM o aumentamos las RPM.

El problema de un motor de gasoil para aumentar las RPM está en varios puntos. Los principales son: al tener unas relaciones de compresión tan elevadas se necesitan materiales muy resistentes, y por lo tanto pesados, tanto en la culata como en, y ahí le duele, las piezas móviles como pistón, biela y cigüeñal. Al ser más pesadas ejercen una mayor inercia, resistencia a cambiar de movimiento, y necesitan rodamientos mayores, mejor engrase, mejor refrigeración, etc. Por otro lado el ciclo DIESEL se desarrolló para trabajar a PRESION CONSTANTE por lo que si cuando el pistón ha empezado su carrera descendente el gasoil no se ha quemado del todo el rendimiento (y por tanto los CV) decrece de forma brutal. Esto es lo podemos observar de una manera muy sencilla mirando un gráfico de la potencia de un motor, en cuanto se supera el régimen de potencia máxima la curva de potencia se desploma.

Según los desarrollos de Harry Ricardo (uno de los sistemas de precámara para los motores DIESEL de inyección indirecta lleva su nombre) el aumento de presión (ojo no compresión) en el interior de un cilindro en torno al Punto Muerto Superior (PMS) se verifica en tres fases: retardo del encendido, encendido en la primera fase de la combustión, que sucede en un tiempo muy breve y determina un rápido aumento de la presión (transformación casi a volumen constante), y combustión más lenta, al final de la cual se registra la máxima presión del ciclo. Según Ricardo el tiempo de las 2 primeras fases tiende a mantenerse constante independientemente del régimen del motor (RPM) y nosotros sólo podemos actuar sobre el tercero. Este tercer tiempo podemos acelerarlo mediante la inyección a mayor presión o mediante una mayor turbulencia del aire. No obstante aquí también tenemos limitaciones porque al aumentar las revoluciones nos encontraremos con que no hay tiempo para que todo el combustible se queme. El límite en la turbulencia (la velocidad del aire dentro del cilindro) puede estar al alcanzar velocidades supersónicas (aunque esto es solo una suposición mía por como se comporta el aire con respecto a otros fenómenos físicos), y la presión de inyección puede estar limitada por demasiados factores.

No obstante lo anterior recordar que el rendimiento efectivo de un motor no depende sólo de la Presión Máxima, sino de la Presión Media Efectiva y ahí nos encontramos con otros factores como la distribución, porque el cruce de válvulas está más limitado en un motor de gasoil si queremos mantener la PME.

El límite real para la aplicación de motores DIESEL en competición lo desconozco, creo que lo desconoce todo el mundo, en un motor de gasoil no puedes utilizar artimañas como la inyección de agua, tan de moda y necesaria en los F 1 Turbo. Pero como orientación el reglamento de las 500 millas de Indianápolis con respecto a motores era el siguiente en 1.968:
- Motores con compresor 2.800 cc.
- Motores con compresor pero sin árboles de levas en cabeza 3.333 cc.
- Motores sin compresor con árboles de levas en cabeza 4.200 cc.
- Motores sin compresor y sin árboles de levas en cabeza 5.000 cc.
- Motores de 2 Tiempos con compresor o sin compresor 2.800 cc.
- Motores DIESEL con compresor 3.333 cc.
- Motores DIESEL sin compresor 5.000 cc.

El primer coche con motor DIESEL corrió en Indianápolis en 1.931 con escasa fortuna.

Perdonar el rollo y espero que le sea útil a alguien.

Salu2


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