Ciclo De Otto

Introducción

Los motores son máquinas termodinámicas, que utilizan la energía de la combustión transformándola en movimiento.

A lo largo del desarrollo tecnológico, el hombre ha producido diferentes tipos de motores, cada uno adecuado a diferentes necesidades y condiciones de utilización.

Los distintos tipos de motor tienen requerimientos específicos para su alimentación energética.

La industria petrolera ha sabido dar respuesta a esta necesidad, desarrollando combustibles adecuados a cada tipo de motor. Existen motores de combustión externa, como la máquina de vapor, donde la fuente de calor (caldera) es exterior al mecanismo.

En los de combustión interna, por el contrario, la fuente térmica está dentro de la máquina.

Los principales tipos de motores de la actualidad son: motores de Ciclo Otto, motores de Ciclo Diesel y Turbinas.

El ciclo Otto es el ciclo termodinámico (Se denomina ciclo termodinámico a cualquier serie de procesos termodinámicos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regrese a su estado inicial; es decir , que la variación de las magnitudes termodinámicas propias del sistema sea nula.) que se aplica en los motores de combustión interna (Un motor de combustión interna, motor a explosión o motor a pistón, es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de una cámara de combustión.

Su nombre se debe, a que dicha combustión se produce dentro de la máquina en si misma, a diferencia de, por ejemplo, la máquina de vapor) de encendido provocado (motores de gasolina).

Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante.

Parte técnica del trabajo.

Muchas de las máquinas térmicas que se construyen en la actualidad (motores de camiones, coches, maquinaria, etc) están provistas de un motor denominado motor de cuatro tiempos. El ciclo que describe el fluido de trabajo de dichas máquinas se denomina ciclo de Otto, inventado a finales del siglo XIX por el ingeniero alemán del mismo nombre.

En el ciclo de Otto, el fluido de trabajo es una mezcla de aire y gasolina que experimenta una serie de transformaciones (seis etapas, aunque el trabajo realizado en dos de ellas se cancela) en el interior de un cilindro provisto de un pistón.

El proceso consta de seis etapas:

01 - Admisión: la válvula de admisión se abre, permitiendo la entrada en el cilindro de la mezcla de aire y gasolina. Al finalizar esta primera etapa, la válvula de admisión se cierra. El pistón se desplaza hasta el denominado punto muerto inferior (PMI).

12 - Compresión adiabática: la mezcla de aire y gasolina se comprime sin intercambiar calor con el exterior. La transformación es por tanto isentrópica. La posición que alcanza el pistón se denomina punto muerto superior (PMS). El trabajo realizado por la mezcla en esta etapa es negativo, ya que ésta se comprime.

23 - Explosión: la bujía se activa, salta una chispa y la mezcla se enciende. Durante esta transformación la presión aumenta a volumen constante.

34 - Expansión adiabática: la mezcla se expande adiabáticamente. Durante este proceso, la energía química liberada durante la combustión se transforma en energía mecánica, ya que el trabajo durante esta transformación es positivo.

41 - Enfriamiento isócoro: durante esta etapa la presión disminuye y la mezcla se enfría liberándose calor al exterior.

10 - Escape: la válvula de escape se abre, expulsando al exterior los productos de la combustión. Al finalizar esta etapa el proceso vuelve a comenzar.

El trabajo total realizado durante el ciclo es positivo (ya que éste se recorre en sentido horario). Como se observa el la parte izquierda de la animación, el trabajo realizado por el sistema durante las etapas 01 y 10 es igual en valor absoluto pero de signo contrario, por lo que no contribuyen al trabajo total.

El movimiento del pistón se transmite a la biela (representada en naranja en la figura) y de ésta al cigüeñal. Posteriormente este movimiento se transmite a las ruedas.

Rendimiento del ciclo de Otto ideal

El rendimiento del ciclo de Otto, como el de cualquier otra máquina térmica, viene dado por la relación entre el trabajo total realizado durante el ciclo y el calor suministrado al fluido de trabajo:

Ciclo de Otto real

En la práctica, ni las transformaciones adiabáticas del ciclo de Otto son adiabáticas (isentrópicas) ni las transformaciones isócoras de la animación anterior tienen lugar a volumen constante.

En la siguiente figura se ha representado un esquema del ciclo real de Otto superpuesto con el ideal analizado en las secciones anteriores.

3. Eficiencia en función del

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