Cómo calcular la eficiencia del ciclo Diesel de un motor

Calcula la eficiencia η = 1 - (1/r^(γ-1)) · ((r_c^γ-1)/(γ(r_c-1))) del ciclo Diesel (1893). Para motores automotive Multijet, camiones MAN Volvo Iveco, marine MAN B&W Wärtsilä — base de Cummins, Caterpillar, Bosch, SEAT.

Parámetros de cálculo
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Cómo calcular la eficiencia del ciclo Diesel de un motor permite estimar el rendimiento térmico de un motor de combustión interna a inyección directa. El ciclo fue inventado por Rudolf Diesel (Augsburg 1893). Esquema termodinámico: compresión adiabática, combustión isobara, expansión adiabática, escape isocoro. Eficiencia ideal: η_Diesel = 1 - (1/r^(γ-1)) · (r_c^γ - 1)/(γ(r_c - 1)). Para r=18, r_c=2, γ=1,4: η=56,3%. Es el fundamento de motores automotive Stellantis SEAT (Volkswagen TDI), camiones MAN Volvo, marine MAN B&W Wärtsilä, locomotoras, generadores. SEAT (Volkswagen) y los talleres Renault España son productores asociados.

1. Ciclo Diesel y procesos termodinámicos

(

  • Aspiración isobara; (
  • compresión adiabática T_2 = T_1·r^(γ-1); (
  • inyección+combustión isobara hasta r_c·V_2; (
  • expansión adiabática; (
  • escape isocoro. Cutoff ratio r_c regula duración inyección: bajo carga r_c≈1,2, plena carga r_c≈3. Alto r (16-

22) permite autoencendido y alta η.

2. Ciclos Diesel típicos

  • VW Volkswagen TDI 2.0 (SEAT, Audi) — r=16,5, η=42%.
  • MAN, Volvo, Renault Trucks — r=17,5, η=44%.
  • MAN B&W S70ME marine — r=20, η=51% (récord).
  • Wärtsilä RT-flex96C — r=22, η=51,8%, ULCS.
  • EMD 710 locomotora — r=16, η=43%.
  • CAT 3500 generador — r=14,5, η=42%.
  • Cummins ISX — r=17, η=45%.
  • SEAT TDI 1.6 — r=16,5, η=42%.

3. Rango de validez y correcciones reales

Asume combustión isobara perfecta. En realidad: (a) ciclo Sabathé/dual; (b) pérdidas de calor a paredes (10-15%); (c) fricción mecánica (2-5%); (d) escape; (e) retraso de combustión. Tecnologías modernas: common-rail Bosch CR 1500-2500 bar, turbo VGT, EGR para NO_x, SCR con AdBlue, DPF para Euro 6d/Euro 7. Software GT-Power, AVL Boost, Ricardo Wave.

4. Ejemplos numéricos

Ejemplo 1 — VW TDI 2.0 r=16,5, r_c=2,2. η_ideal=62,8%, real=42%, SFC=210 g/(kWh).

Ejemplo 2 — MAN B&W S70ME marine r=20, r_c=2,5. η_ideal=64,7%, real=51% (récord comercial).

Ejemplo 3 — CAT 3500 r=14,5. η=42%, backup hospital La Paz Madrid, datacenter Telefónica.

5. Aplicaciones prácticas

  • Camiones: MAN, Volvo, Renault Trucks, DAF, Scania producidos en plantas españolas (MAN Madrid, Renault Trucks Sevilla, IVECO Madrid)
  • Auto Diesel: SEAT (VW TDI), Renault España (DCi), Stellantis España (Multijet), Mercedes Vitoria
  • Marine: Navantia y Astilleros Españoles integran MAN B&W y Wärtsilä en buques navales y mercantes
  • Locomotoras: RENFE Operadora (Talgo, CAF) usa locomotoras diesel-eléctricas EMD 710 y GE
  • Generadores: CAT, Cummins, Iberdrola backup en hospitales y datacenter Telefónica, MasMovil
  • Maquinaria agrícola: New Holland (CNH), John Deere, Caterpillar

6. Comparación con otros ciclos motores

Otto (gasolina): r=8-12, η=30-35% real, limitado por knock. Diesel: r=15-25, η=40-50% real, η superior por r mayor pero combustión isobara reduce η a r igual. Sabathé/dual (1908): combustión mixta isocora+isobara, mejor describe diesels modernos. Atkinson/Miller (Toyota Prius hybrid): expansión más larga que compresión, η=41% real. HCCI: combina Otto+Diesel.

7. Casos especiales y tecnologías futuras

Para biofuels (HVO, biodiesel B7-B100): η similar pero CO₂ reducido. Repsol HVO en estaciones de servicio en España. Para diesel híbridos (mild hybrid 48V): η efectivo +5-10%. Stellantis España híbrido. Para e-diesel (Power-to-Liquid): cero emisiones netas CO₂, desarrollado por Repsol Energy. Para ammonia diesel: cero CO₂ marine MAN B&W ME-LGI. Para diesel ad altísima compresión: Mazda Skyactiv-D r=14. Sviluppi UPM Madrid, CIEMAT, Universidad Politécnica Cataluña.

Actualizado a julio de 2026

Preguntas frecuentes

¿Qué es el ciclo Diesel y por qué es importante?

El ciclo Diesel (Rudolf Diesel 1893) es el ciclo termodinámico de motores de combustión interna a inyección directa con autoencendido: aspiración, compresión adiabática (r=15-25), inyección+combustión isobara, expansión adiabática, escape. Usado en motores automotive (SEAT TDI, Renault DCi, Stellantis Multijet), camiones MAN/Volvo/Renault, marine MAN B&W Wärtsilä, locomotoras, generadores.

¿Cómo se calcula la eficiencia del ciclo Diesel?

η_Diesel = 1 - (1/r^(γ-1)) · (r_c^γ - 1)/(γ(r_c - 1)), con r relación de compresión y r_c cutoff ratio. Para SEAT TDI 1.6 (r=16,5, r_c=2,2, γ=1,4): η_ideal=62,8%, real=42%. Para MAN B&W S70ME marine (r=20, r_c=2,5): η_ideal=64,7%, real=51% (récord comercial). Real es inferior por pérdidas de calor, fricción, EGR.

¿Qué es la relación de compresión r?

r = V_1/V_2 es la relación entre volumen máximo (BDC) y mínimo (TDC) del cilindro. Para Diesel: 15-25 (TDI 16,5, FPT camiones 17,5, MAN B&W marine 20-22). Alto r = buen autoencendido y η, pero requiere pistón, biela, cigüeñal robustos. Otto a gasolina: 8-12, limitado por knock. Diesel ultra-alta compresión (r>22) requiere aleaciones Al-Si reforzadas.

¿Qué es el cutoff ratio r_c?

r_c = V_3/V_2 es la relación entre volumen al final de la combustión y en TDC. Mide la duración de inyección/combustión isobara. A baja carga r_c≈1,2 (combustión corta, η alta cercana a Otto), a plena carga r_c≈2,5-3 (combustión larga, η reducida). Common-rail Bosch CR a 2500 bar tiene 8-10 inyecciones múltiples por ciclo para optimizar combustión, NO_x, partículas.

¿Diferencia entre ciclo Diesel y Otto?

Otto (gasolina): combustión isocora, r=8-12 limitado por knock, η=30-35% real, encendido por bujía, mezcla aire+gasolina premezclada. Diesel: combustión isobara, r=15-25, η=40-50% real, autoencendido inyectando diesel a alta presión, mezcla no premezclada. Diesel tiene η mayor, pero motor más pesado, NO_x y partículas más altas, coste más elevado.

¿Cuáles son las tecnologías modernas de Diesel?

Common-rail Bosch CR a 1500-2500 bar (8-10 inyecciones/ciclo), turbo VGT, EGR para reducir NO_x, SCR con AdBlue para Euro 6d/Euro 7, DPF (Diesel Particulate Filter), bi-turbo secuencial. HVO y biodiesel como combustibles renovables. Bosch domina sistemas de inyección common-rail (60% mercado mundial). Stellantis, SEAT, Renault España son productores.

¿Qué empresas españolas producen motores Diesel?

SEAT (grupo Volkswagen) en Martorell produce TDI 1.6, 2.0. Renault España (Sevilla y Valladolid) produce DCi para Megane, Trafic. Stellantis España (Vigo) produce Multijet. Mercedes-Benz Vitoria fabrica Vito y V-Class con OM 651/654. MAN Truck Madrid produce camiones. IVECO Madrid produce Daily, Stralis. Bosch España (Madrid) provee inyectores common-rail.

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