Motor diésel

Antiguo motor diésel de automóvil, seccionado, con bomba inyectora en línea.

El motor diésel es un motor térmico que tiene combustión interna alternativa que se produce por 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 naturales como el aceite de girasol (de hecho el primer combustible utilizado en este motor fue el aceite de cacahuete).​ Además es muy eficiente en términos termodinámicos; los mejores y más desarrollados llegan a alcanzar un valor de entre 45% y 55% de eficacia térmica, 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

Bomba inyectora en línea.

Bomba inyectora rotativa.

El motor diésel fue inventado en 1893 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 y 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.

Constitución

El motor diésel de cuatro tiempos está formado básicamente por las siguientes mismas piezas que un motor de gasolina, algunas de las cuales son:

• Segmentos
• Bloque del motor
• Culata
• Cigüeñal
• Volante
• Pistón
• Árbol de levas
• Válvulas
• Cárter

Mientras que los siguientes son elementos que si bien la mayoría (excepto bujías de pre-calentamiento 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 o piezoeléctricos)
• Bomba de transferencia
• Toberas
• Bujías de precalentamiento

Principio de funcionamiento

Bomba de inyección diésel de Citroën motor XUD.

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 reciben 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 éste 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

Comparados con los motores a gasolina, la principal ventaja de los motores diésel es su bajo costo de operación, debido al precio del combustible que necesita para funcionar. En los años 90 existía una creciente demanda del mercado de motores de este tipo, especialmente en el área de turismo (desde la década de 1990, en muchos países europeos ya supera la mitad). Actualmente en los vehículos pequeños se está utilizando el sistema common-rail. Este sistema brinda una gran ventaja, ya que se consigue un menor consumo de combustible, mejorando las prestaciones del mismo; menor ruido (característico de estos motores) y una menor emisión de gases contaminantes.​

Las desventajas iniciales de estos motores (principalmente valor de adquisición, costos de mantenimiento, ruido y menos prestaciones) se están reduciendo debido a mejoras tecnológicas que se han hecho con el tiempo en su diseño original, sobre todo en materia de alimentación de combustible mediante inyección directa electrónica y de aire forzado con accesorios como el turbocompresor o compresores eléctricos y en la disminución de vibraciones mediante la introducción de los volantes motores bimasa. Con el uso de una precámara para los motores de automóviles se consiguen prestaciones semejantes a las de los motores de gasolina, pero se presenta el inconveniente del incremento del consumo de combustible, con lo que la principal ventaja de estos motores prácticamente desaparece. Durante los últimos años el precio del combustible ha superado al de la gasolina común por al aumento de la demanda. Este hecho ha generado quejas de los consumidores de gasóleo, como es el caso de transportistas, agricultores o pescadores.

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.​ Poco después el Ayuntamiento de París aprobó mediante votación, la prohibición de la circulación de vehículos diésel a partir de 2020.​ 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 fabricante no consideran que tengan sentido estas medidas además de complicar el desarrollo de futuros motores diésel muchos 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 de estos motores hasta conseguir que emitan tan sólo 13 mg de NOx en los ciclos RDE estándar​.

Aplicaciones

Sección de un diésel de dos tiempos, con las válvulas de escape y el compresor mecánico para las lumbreras de admisión.

• Maquinaria pesada o agrícola de cuatro tiempos, camiones de carga, colectivos de corta y larga distancia y algunas furgonetas y 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 (en desuso paulatino)

Véase también

• Gasóleo
• Biodiésel
• Hidrobiodiésel
• Biocarburantes
• Ciclo diésel
• Motor de mezcla pobre
• Motor Wankel
• Motor Stirling

Enlaces externos

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