¿Por qué en el ciclo Diesel el calor se aporta a presión constante y no a volumen constante?

En el Diesel el combustible se inyecta y se quema poco a poco, cuando el pistón ya baja: la presión al inicio de la carrera de trabajo es casi constante. En el motor de gasolina (ciclo Otto) la combustión se acerca a un proceso isocórico. El estándar de aire idealiza eso como un tramo isobárico.

¿Cómo influye la relación de corte en la eficiencia?

A relación de compresión fija, un β mayor (inyección más larga) aporta más calor, pero en un mayor recorrido del pistón. La eficiencia térmica baja: una fracción mayor de la energía aportada se va al rechazo y no al trabajo.

¿En qué se distingue el estándar de aire de un Diesel real?

La combustión se sustituye por un aporte externo de calor al aire encerrado. El aire es un gas ideal con calores específicos constantes; no entran la fricción, el intercambio con las paredes ni la química del combustible. Las fórmulas son transparentes; las cifras quedan lejos del banco de pruebas.

¿Por qué la fórmula de eficiencia del Diesel no coincide con la del Otto?

En Otto, η = 1 − ρ_c^{1−γ} depende solo de la relación de compresión. En Diesel el calor se aporta durante la expansión, así que en la fórmula aparece β, y al mismo ρ_c la eficiencia es menor que en Otto.

Ciclo Diesel

Estándar de aire: compresión adiabática, adición isobárica de calor, expansión adiabática, rechazo isocórico; eficiencia η(ρ_c, β).

Sobre el modelo

El ciclo Diesel en estándar de aire es una idealización del motor Diesel: compresión isentrópica del aire, adición de calor isobárica (modelo de la inyección y la combustión), expansión isentrópica y rechazo de calor isocórico. La relación de compresión ρ_c = V₁/V₂ y la relación de corte β = V₃/V₂ fijan el contorno en el diagrama P–V. Eficiencia térmica: η = 1 − ρ_c^{1−γ} (β^γ − 1)/(γ(β − 1)), donde γ es el coeficiente adiabático del aire. La sustancia de trabajo es un gas ideal con calores específicos constantes; no entran la química de la combustión, la fricción ni las pérdidas de calor. Al cambiar ρ_c y β cambian el área del lazo y η. A la misma relación de compresión, la eficiencia del Diesel es menor que la del Otto porque el calor se aporta durante la expansión.

Para quién: Termodinámica de facultad y motores de combustión interna: estándar de aire del ciclo Diesel.

Conceptos clave

ciclo Diesel
estándar de aire
relación de compresión
relación de corte
adición isobárica de calor
eficiencia térmica
diagrama P–V

Cómo funciona

Estándar de aire del ciclo Diesel en el diagrama P–V: 1→2 compresión isentrópica, 2→3 adición isobárica de calor (el pistón ya baja), 3→4 expansión isentrópica, 4→1 rechazo isocórico. La eficiencia depende de la relación de compresión ρ_c y del corte de inyección β: η = 1 − ρ_c^{1−γ} (β^γ − 1)/(γ(β − 1)). El área del lazo es el trabajo por ciclo; en Otto el calor se aporta a volumen constante, por eso al mismo ρ_c la eficiencia del Diesel es menor.

Fórmulas principales

η = 1 − r^(1−γ) · (β^γ − 1) / (γ(β − 1))

Preguntas frecuentes

¿Por qué en el ciclo Diesel el calor se aporta a presión constante y no a volumen constante?: En el Diesel el combustible se inyecta y se quema poco a poco, cuando el pistón ya baja: la presión al inicio de la carrera de trabajo es casi constante. En el motor de gasolina (ciclo Otto) la combustión se acerca a un proceso isocórico. El estándar de aire idealiza eso como un tramo isobárico.
¿Cómo influye la relación de corte en la eficiencia?: A relación de compresión fija, un β mayor (inyección más larga) aporta más calor, pero en un mayor recorrido del pistón. La eficiencia térmica baja: una fracción mayor de la energía aportada se va al rechazo y no al trabajo.
¿En qué se distingue el estándar de aire de un Diesel real?: La combustión se sustituye por un aporte externo de calor al aire encerrado. El aire es un gas ideal con calores específicos constantes; no entran la fricción, el intercambio con las paredes ni la química del combustible. Las fórmulas son transparentes; las cifras quedan lejos del banco de pruebas.
¿Por qué la fórmula de eficiencia del Diesel no coincide con la del Otto?: En Otto, η = 1 − ρ_c^{1−γ} depende solo de la relación de compresión. En Diesel el calor se aporta durante la expansión, así que en la fórmula aparece β, y al mismo ρ_c la eficiencia es menor que en Otto.

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