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¿Cómo funcionan los motores diésel?

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How Do Diesel Engines Work?
Desde camiones de envío y autobuses escolares hasta yates y buques de carga, los motores diésel impulsan muchos de los vehículos del mundo . Los motores diésel en barcos, trenes y camiones transportan bienes y productos por todo el mundo: aproximadamente el 94% de la carga se envía en vehículos diésel. Los equipos de servicio pesado en granjas y sitios de construcción generalmente funcionan con motores diésel. Los vehículos militares y las instalaciones industriales también emplean motores diésel. Los motores diésel también son comunes en los automóviles de pasajeros, especialmente en Europa . ¿Qué hace que los motores diésel sean tan populares en estas aplicaciones? No hace mucho tiempo, una respuesta importante a esa pregunta era el precio. Históricamente, el combustible diésel era más barato que la gasolina, ya que es menos refinado. Su precio ha aumentado en los últimos años por diversas razones, la más notable es el aumento de la demanda de las industrias en China y Estados Unidos. Sin embargo, el precio del combustible no fue la única razón de la popularidad del diésel. Los motores diésel ofrecen una alta eficiencia de combustible y un torque excepcional , lo que los hace preferibles a otros motores de combustión en muchas aplicaciones. Parte de la razón por la que los motores diésel son tan eficientes es que el diésel es un combustible con mayor densidad energética que la gasolina, con un contenido de entre un 10 % y un 15 % superior. ¿Cómo es posible que los motores diésel superen a los de gasolina en cuanto a par motor y eficiencia de combustible? Para responder a esta pregunta, tendremos que profundizar en los detalles de su funcionamiento.

¿Cuál es la diferencia entre un motor diésel y un motor de gasolina?


Tanto los motores diésel como los de gasolina son ejemplos de motores de combustión interna : se alimentan mediante explosiones estrictamente controladas dentro del motor que mueven los pistones. Como cualquier otra combustión, la combustión en estos motores requiere combustible, oxígeno y algo para iniciar la reacción.

Hay muchos pasos involucrados en la conversión de la energía explosiva de la combustión en energía mecánica, por ejemplo, para girar las ruedas de un camión o la hélice de un barco. La combustión ocurre dentro de los cilindros en los bloques del motor. En estos cilindros, el oxígeno y el combustible se encienden, y la fuerza de su combustión empuja un pistón dentro del cilindro hacia abajo. Las barras de control unidas al pistón hacen girar un cigüeñal conectado. El cigüeñal giratorio puede entonces mover un vehículo, hacer girar una hélice o generar electricidad, dependiendo de la aplicación. Si bien los motores diésel y de gasolina funcionan con principios similares, existen diferencias significativas en el funcionamiento de un motor diésel. Sin embargo, un análisis detallado de un motor diésel frente a un motor de gasolina muestra cómo un motor diésel ofrece ciertas ventajas.
¿Cuáles son las diferencias entre los motores diésel y de gasolina?

1. Los motores diésel regulan el combustible, no el aire.


Los motores de gasolina modernos utilizan un sistema de inyección de combustible que mezcla el aire y el combustible antes de que entren en el cilindro. La cantidad de aire y combustible que entra en el cilindro, y por lo tanto la velocidad o potencia del motor, se controla mediante el acelerador. En un motor diésel, por otro lado, el combustible y el aire no se mezclan hasta que se encuentran en el cilindro. La misma cantidad de aire entra en el cilindro cada vez y es comprimida por el pistón que asciende en el cilindro. Justo cuando el pistón alcanza su altura máxima en el cilindro, se inyecta una cantidad controlada de combustible diésel en la parte superior del cilindro. El sistema de inyección de un motor diésel es parte de la razón de su eficiencia de combustible. Dado que solo se acelera el combustible, los motores diésel tienen un control más preciso sobre la cantidad de combustible que se utiliza en cualquier momento. Cuando los usuarios necesitan más potencia de un motor, el motor simplemente inyecta más combustible en los cilindros.

2. Los motores diésel utilizan aire sobrecalentado para encender el combustible.


En un motor de gasolina, las bujías utilizan una rápida descarga eléctrica para encender la mezcla de combustible y aire en el cilindro. Las chispas deben sincronizarse con precisión con el movimiento de los pistones del motor. Todos estos elementos deben estar coordinados en un sistema de encendido. Los motores diésel, en cambio, utilizan el movimiento del pistón en el cilindro para encender el combustible. A medida que el pistón asciende por el cilindro, comprime el aire en su interior. Esta rápida compresión del aire aumenta su temperatura hasta sobrecalentarlo. A altas temperaturas y presiones, el combustible diésel se enciende espontáneamente sin necesidad de una chispa externa. Por esta razón, los motores diésel no necesitan el sistema de encendido por bujía que se utiliza en los motores de gasolina. La acción de compresión del pistón, necesaria para el funcionamiento del motor, inicia la combustión por sí sola. El encendido por compresión es una de las razones por las que los motores diésel son fáciles de mantener. Dado que el encendido se produce en los motores diésel sin necesidad de un sistema independiente con sus propias piezas, los motores diésel tienen menos piezas que puedan desgastarse y deban reemplazarse. Quizás recuerdes un motor diésel que requería uno o dos pasos adicionales al arrancarlo. Esto se debe a que a veces puede ser difícil arrancar un motor diésel cuando está frío. Si la compresión por sí sola no es suficiente para elevar la temperatura del aire lo suficiente como para que el combustible diésel se encienda espontáneamente, los usuarios tendrán dificultades para arrancar el motor. Los fabricantes a veces solucionan el problema de los arranques en frío de los motores diésel con el uso de bujías incandescentes, pequeños elementos eléctricos que precalientan la culata del cilindro inmediatamente antes del encendido del motor. Las bujías incandescentes funcionan de forma muy similar a las bombillas antiguas: la electricidad pasa por un filamento y se calienta. Los motores más grandes de hoy en día suelen depender del módulo de control del motor (ECM) para monitorear las temperaturas ambiente y retrasar la inyección de combustible en consecuencia para que el aire pueda comprimirse hasta que alcance la temperatura necesaria.

3. Los motores diésel utilizan combustibles diferentes


Hay una buena razón por la que el diésel se etiqueta de forma muy diferente a la gasolina en las gasolineras. Sin duda, no querrás echar el tipo de combustible equivocado a tu vehículo. Ambos combustibles son muy diferentes, y sus diferencias ayudan a explicar por qué los motores diésel funcionan de forma distinta a sus homólogos de gasolina. Tanto el diésel como la gasolina se refinan a partir del petróleo crudo, pero difieren notablemente tanto en olor como en textura. El diésel es más pesado y aceitoso. A veces lo oirás llamar "diésel". Su punto de ebullición es más alto que el del agua, por lo que se evapora más lentamente que la gasolina. La densidad energética del diésel es mayor que la de la gasolina. Un galón de diésel tiene aproximadamente 147.000 unidades térmicas británicas (BTU), en comparación con las 125.000 BTU de un galón de gasolina. Esto ayuda a los motores diésel a ser más eficientes en el consumo de combustible, ya que simplemente hay más energía en cada galón de diésel. Una forma alternativa de diésel se llama biodiésel . En lugar de refinarse a partir de petróleo crudo, el biodiésel se elabora a partir de una mezcla de ingredientes como grasas animales de desecho, aceite de soja y aceite de cocina usado. Su amplia disponibilidad en el mercado es relativamente nueva, pero su concepto es tan antiguo como el propio motor diésel. Rudolf Diesel , el inventor del motor diésel, reconoció que su motor podía funcionar con diferentes tipos de combustible y utilizó algunos de sus modelos de exposición con combustibles basados en ingredientes como el aceite de cacahuete. El biodiésel era relativamente escaso ya en la década del 2000, pero en 2016 se produjeron más de 2.800 millones de galones de este biocombustible.

Cómo funcionan los motores diésel


Comprender los motores diésel puede comenzar por comprender las diferencias entre los motores diésel y de gasolina, pero hay más. ¿Cómo funcionan los motores diésel? La combustión interna se produce dentro de robustos cilindros en el bloque motor. El bloque de un motor diésel es más pesado que el de un motor de gasolina y tiene más soporte. Los motores de combustión interna pueden tener diferentes números de cilindros. Por ejemplo, los motores de cuatro cilindros son comunes en los turismos. En la parte superior de cada cilindro, llamada culata, hay aberturas controladas por válvulas que permiten la entrada de aire rico en oxígeno y la salida de gases de escape. La culata también alberga las boquillas de los inyectores de combustible que inyectan diésel en la cámara de combustión. Un pistón llena la parte inferior de cada cilindro. El pistón está mecanizado con precisión para encajar perfectamente en el cilindro, manteniendo su libertad de movimiento. Las barras de control conectan los pistones al cigüeñal del motor. A medida que la potencia explosiva de la combustión empuja los pistones hacia abajo, estos hacen girar el cigüeñal. Así funciona un motor de combustión interna: cómo convierte la energía de un combustible en energía rotacional que puede mover un vehículo o una embarcación, o producir electricidad. El funcionamiento de un motor diésel se describe en "carreras". Una carrera es el movimiento completo de un pistón, ya sea de arriba a abajo o de abajo a arriba. Normalmente, los motores diésel tienen cuatro carreras por ciclo:

  1. Carrera de admisión
  2. Carrera de compresión
  3. carrera de combustión
  4. Carrera de escape
Explicar cada golpe lleva mucho más tiempo que realizarlo. El ciclo completo de cuatro tiempos solo tarda milisegundos en completarse.

1. Carrera de admisión


La combustión no puede ocurrir sin aire. El cilindro se llena de aire durante la carrera de admisión, cuando la válvula de admisión está abierta y el pistón se mueve hacia abajo. Un motor diésel puede generar más potencia y funcionar de manera más eficiente si puede suministrar a sus cilindros una mayor cantidad de moléculas de aire. Muchos motores diésel logran esto con un turbocompresor . Un turbocompresor tiene un ventilador de alta velocidad que comprime el aire antes de que entre en el cilindro, empaquetando las moléculas de oxígeno juntas. Con más oxígeno en el cilindro, el motor diésel es más eficiente porque hay una mayor probabilidad de que el combustible inyectado reaccione con la mayor cantidad de oxígeno posible. Además, la mayor cantidad de oxígeno permite que el motor inyecte más combustible en el cilindro en la carrera de combustión. Esto genera más torque, haciendo que el motor diésel sea más potente, o permitiendo que un motor turboalimentado más pequeño haga el mismo trabajo que un motor más grande sin turbocompresor.

2. Carrera de compresión


El pistón retrocede hacia la parte superior del cilindro durante la carrera de compresión. La válvula de admisión de aire se cierra y el aire dentro del cilindro se comprime rápidamente con el movimiento del pistón. A medida que las moléculas de oxígeno se comprimen, la temperatura del aire dentro del cilindro aumenta rápidamente hasta sobrecalentarse. Estas altas temperaturas son necesarias para la combustión del combustible diésel, ya que un motor diésel no tiene bujías.

3. Carrera de combustión


En la parte superior de la carrera de compresión, el inyector de combustible introduce el combustible diésel en el cilindro. Los inyectores de combustible varían considerablemente de un motor a otro. El combustible debe distribuirse de la forma más uniforme posible, y el inyector debe realizar esta tarea en un entorno de alta temperatura y alta presión. A veces, el combustible se inyecta en una pequeña cámara con una forma especial conectada directamente al cilindro, que agita el combustible y el aire. Al igual que el aire en el cilindro, el combustible diésel también suele mantenerse a alta presión. Mientras que la bomba de combustible en un motor de gasolina solo puede presurizar la gasolina a entre 10 y 50 libras por pulgada cuadrada (PSI), el combustible en un motor diésel puede presurizarse hasta 23 500 PSI . El ECM controla cuidadosamente la pulverización de combustible diésel a través de las boquillas de los inyectores. Al acelerar, el sistema de inyección de combustible aumenta la cantidad de combustible que entra en el cilindro. ¿Qué le sucede al combustible diésel presurizado cuando entra en contacto con el oxígeno altamente comprimido y sobrecalentado en el cilindro? Justo lo que cabría esperar: explota. El combustible se quema espontáneamente y la fuerza de esta reacción empuja el pistón hacia abajo en el cilindro. Este movimiento descendente del pistón es transmitido por las barras de control para girar el cigüeñal del motor.

4. Carrera de escape


Tras la combustión, el oxígeno del cilindro se consume y es necesario expulsar el aire de su interior para que el ciclo de cuatro tiempos pueda reiniciarse. A medida que el pistón asciende hacia la parte superior del cilindro, la válvula de escape se abre y los gases salen del cilindro. En un motor diésel turboalimentado, el escape no termina de funcionar al salir del cilindro. En lugar de ir directamente al tubo de escape, se dirige al turbocompresor, donde hace girar la turbina que aspira aire fresco para la compresión. De este modo, un turbocompresor es en gran medida un sistema cerrado. Utiliza la energía de los gases expulsados de los cilindros para impulsar la turbina, que aspira y comprime más aire fresco.

Tenemos las piezas de motor diésel que necesita


Después de leer estos conceptos básicos sobre motores diésel, quizás se dé cuenta de la importancia de contar con piezas de alta calidad para su motor diésel. Los motores diésel aprovechan ingeniosamente el movimiento mecánico para encender el combustible, pero algunas piezas están expuestas a altas temperaturas y presiones. Es importante realizar un mantenimiento regular y reemplazar las piezas según sea necesario. Diesel Pro Power garantiza la calidad de sus piezas para motores diésel y envía sus pedidos en 24 horas, incluso para pedidos internacionales. Suministramos piezas para motores Detroit Diesel, piezas para motores Cummins, piezas para transmisiones Allison Marine y más. Si tiene alguna pregunta sobre su pedido de piezas diésel, no dude en contactarnos . Estaremos encantados de ayudarle a encontrar las piezas que necesita y enviárselas con prontitud.
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