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PROBLEMAS 353

XVI – 28. Motores Diesel. Ciclo Diesel
Se comprime aire, en el interior de un cilindro, a varios cientos de atmósferas; como conse-
cuencia de esta compresión se produce una elevación de la temperatura considerable. Un inyector
proyecta en el seno del gas el combustible pulverizado (aceites pesados) el cual arde, provocando
la expansión gaseosa el retroceso del émbolo. Finalizada la combustión los gases son expulsados al
exterior.
CICLO DIESEL: El ciclo teórico de un motor Diesel de cuatro tiempos está representado en la Fig.
XVI-24.
1. Aspiración. En el punto C el pistón se encuentra en el extremo de su carrera, habiendo sido
expulsados los gases de la combustión por la válvula B; ésta se cierra, el pistón retrocede y
el aire penetra por la válvula A, que se abre; al final de la carrera CD, el cilindro queda lle-
no de aire.
2. Compresión. El avance del pistón (hacia la izquierda de la figura) comprime el aire adiabá-
ticamente ya que las dos válvulas están cerradas, alcanzando presiones de 30 a 40 atmós- Fig. XVI-24.– Ciclo Diesel.
feras y temperaturas a 750 ºC (adiabática DE).
3. Combustión y expansión. Mientras el émbolo retrocede (hacia la derecha en la figura), una
bomba auxiliar hace penetrar el combustible en el cilindro por el inyector; la elevada tem-
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peratura del aire provoca la combustión. La entrada de combustible está regulada de for-
ma tal que la presión permanece constante a pesar del retroceso del pistón (isobara EF).
En F la combustión y los gases se expansionan empujando al pistón (adiabática FG).
4. Escape. Abierta la válvula B, los gases salen al exterior, disminuyendo así la presión del ci-
lindro (isocora GD); el movimiento del pistón (hacia la izquierda en la figura) barre los ga-
ses del cilindro y los expulsa al exterior (isobara DC).

PROBLEMAS

A) PRINCIPIO DE LA EQUIVALENCIA todo el calor del rozamiento pasa a la nieve y ésta se encuentra a 0 °C.
(Calor latente de fusión del hielo: 80 cal/g).
1. Una bola de acero de calor específico 0,11 cal/g · °C se deja 7. Una rueda de 50 kg de masa, supuesta concentrada en su aro
caer desde una altura de 2 m sobre un plano horizontal, la bola rebota y periférico, y 50 cm de radio, gira con una velocidad de 3 000 rpm. So-
se eleva a 1,5 m. El plano ni se mueve ni se calienta. 1) Determinar el bre la periferia se aplica una fuerza constante que la hace parar en un
incremento de temperatura experimentado por la bola. 2) Discutir el re- minuto. Calcular: 1) Valor y signo de la aceleración angular. 2) Número
sultado que se obtendría si el choque fuera totalmente elástico o total- de vueltas que da la rueda en el minuto considerado. 3) Valor de la
mente inelástico. fuerza aplicada. 4) Pérdida de la energía cinética de rotación que expe-
2. Una bala de plomo penetra en una plancha de madera a la velo- rimenta la rueda al pararse. 5) Si el 40% de esta energía, transformada
cidad de 400 m/s, y después de perforarla sale de ella. Suponiendo que en calor, se emplea en fundir hielo a 0 °C, ¿qué masa de hielo se fun-
la mitad del calor desarrollado se ha empleado en calentar la bala y ob- dirá?
servando que su temperatura ha aumentado 200 °C, calcular la veloci- 8. Se lanza un proyectil de 50 kg formando con la horizontal un
dad de salida de la bala. Calor específico del plomo: 0,03 cal/g · °C. ángulo de 30°, con una velocidad de 400 m/s. El cañón tiene un radio
3. 1) ¿A qué velocidad debería lanzarse un proyectil de plomo para de 4 cm y la longitud del ánima es 1 m. Se desea saber: 1) La presión
que al aplastarse contra un obstáculo de cemento se fundiese totalmente necesaria, supuesta constante, que tienen que ejercer los gases dentro
por efecto del choque? Se supone que el 80% del calor desprendido es del cañón para que salga a dicha velocidad. 2) Componentes de la ve-
absorbido por el proyectil, y que su temperatura inicial es de 20 °C. locidad del proyectil a los 5 s de haber sido disparado. 3) Alcance del
2) ¿Desde qué altura debería dejarse caer libremente dicho proyectil proyectil en el plano del disparo. 4) Si al llegar al suelo toda la energía
para que se verificase el mismo proceso? (También se admite una absor- se convierte en calor, del cual el 60% se emplea en calentar el proyectil,
ción del 80% del calor). Calor específico del plomo: 0,03 cal/g · °C. averiguar cuánto aumentará su temperatura si su calor específico es de
Calor de fusión del plomo: 5,8 cal/g. Temperatura de fusión del plomo: 0,25 cal/g · °C.
330 °C. 9. Se tiene una esfera de Pb de 750 g de peso suspendida de una
4. Una masa de mercurio (peso atómico: 201) cae libremente de hilo. Se dispara contra ella un proyectil de acero de 15 g de peso, cuya
un recipiente superior a otro inferior separados entre sí un metro, au- velocidad en el momento del impacto es de 300 m/s. El proyectil, que
mentando su temperatura en 0,70 °C. Suponiendo que es despreciable llega horizontalmente, se incrusta en la esfera. Calcular la elevación del
todo intercambio térmico entre el mercurio y el exterior. Calcular: 1) El desplazamiento que experimenta la esfera y el calentamiento producido,
calor específico del mercurio en cal/g · °C. 2) Expresar el resultado ob- suponiendo que toda la energía desprendida en el choque se transforma
tenido en J/mol · °C y en el SI. en calor. DATOS: Calor específico del plomo: 0,03 cal/g · °C. Calor es-
5. En un recinto se introducen 5 g de agua destilada a 8 °C y 24 g pecífico del acero: 0,12 cal/g · °C. Se admite que las temperaturas del
de hielo a –10 °C, de calor específico 0,5 cal/g · °C. 1) Determinar la proyectil y de la esfera son idénticas en el momento del choque.
proporción de hielo y agua cuando se alcanza el equilibrio. 2) Desde 10. Un disco de masa 2 kg y radio 20 cm gira alrededor de un eje
qué altura debe caer una masa de 1 kg para fundir el hielo que queda. horizontal con la frecuencia n =10 Hz. Apoyada sobre una generatriz
0
3) Qué velocidad debería llevar esa masa para que el ceder toda su de su periferia, descansa una lámina metálica de masa M kg, que actúa
energía a la mezcla ésta se vaporizara totalmente. por su peso frenando el movimiento del disco. Éste se detiene al cabo de
6. Por una pista horizontal cubierta de nieve se desliza un trineo; 2 min de actuar al freno. El coeficiente rozamiento es 0,2. Calcular:
suponiendo que el peso del trineo es de 105 kg, que su velocidad inicial 1) El valor de M. 2) La energía cinética del disco al cabo de 1 min de
es de 36 km/h y que el coeficiente de rozamiento vale 0,025, calcular: actuar el freno. 3) Suponiendo que el calor desarrollado quede total-
1) El tiempo que tardará en pararse. 2) La distancia que habrá recorri- mente acumulado en la lámina, calcular el incremento de temperatura
do hasta el momento de pararse. 3) La energía del trineo en el momen- experimentado por la misma cuando el disco se ha parado. Calor es-
to inicial. 4) La nieve que se licuará al paso del trineo, suponiendo que pecífico de la lámina: 0,1 cal/g · °C.