Ciclo Otto

El ciclo Otto, describe cómo los motores térmicos convierten la gasolina en movimiento. Al igual que otros ciclos termodinámicos, este ciclo convierte la energía química en energía térmica y luego en movimiento. El ciclo Otto describe cómo funcionan los motores de combustión interna (que utilizan gasolina), como los automóviles y los cortacéspedes.

Aplicación

El ciclo Otto proporciona la energía para la mayoría de los transportes y fue esencial para el mundo moderno. En concreto, la gran mayoría de los automóviles que se ven en la carretera hoy en día utilizan el Ciclo Otto para convertir la gasolina en movimiento. Cualquier máquina (la lista sería interminable) que utilice gasolina se dividirá en dos categorías de motores como se ve a continuación.

• Tipos de motores que utilizan el Ciclo Otto
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  Figura 1. Un motor de dos tiempos

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  Figura 2. Un motor de cuatro tiempos

En las páginas de los motores se detallan sus mecanismos exclusivos y se explica cómo utilizan el ciclo Otto, ligeramente modificado.

El ciclo Otto ideal

Figura 3. El diagrama presión-volumen de un proceso de Ciclo Otto ideal. Consta de dos procesos isocóricos, dos adiabáticos y dos isobáricos (para la admisión y el escape)

El diagrama PV (diagrama presión-volumen) del ciclo Otto ideal se muestra en la figura 3. Este diagrama modela cómo los cambios en la presión y el volumen del fluido de trabajo (gasolina y aire combustible) cambian debido a la combustión de hidrocarburos que impulsa los movimientos de un pistón, creando calor, para proporcionar movimiento a un vehículo. Hay movimientos del pistón de expansión (aumento de la cámara de volumen), causados cuando la energía térmica se libera de la combustión que induce el trabajo realizado por el gas y en el pistón. En cambio, cuando el pistón hace trabajo sobre el gas, la cámara del motor se está comprimiendo (disminuyendo su volumen).

Es importante señalar que la figura 3 representa un proceso ideal para cualquier motor que utilice el ciclo Otto. Describe los pasos básicos de trabajo en un motor de gasolina. La ligera modificación que representa una situación más realista del diagrama PV del ciclo Otto para un motor de dos tiempos y de cuatro tiempos se explica en sus respectivas páginas. El trabajo realizado por el motor puede calcularse resolviendo el área del ciclo cerrado.

A continuación se describe lo que ocurre durante cada paso en el diagrama PV, en el que la combustión del fluido de trabajo-gasolina y aire (oxígeno), cambia el movimiento en el pistón:

Línea verde: Denominada fase de admisión, el pistón es arrastrado hasta el fondo para permitir que el volumen de la cámara aumente y pueda «admitir» una mezcla de combustible y aire. En términos de termodinámica, esto se conoce como un proceso isobárico.

Proceso 1 a 2: Durante esta fase el pistón será arrastrado hacia arriba, para que pueda comprimir la mezcla de combustible y aire que entró en la cámara. La compresión hace que la mezcla aumente ligeramente la presión y la temperatura; sin embargo, no se intercambia calor. En términos de termodinámica, esto se conoce como un proceso adiabático. Cuando el ciclo llega al punto 2, es cuando el combustible se encuentra con la bujía para ser encendido.

Proceso 2 a 3: Aquí se produce la combustión debido al encendido del combustible por la bujía. La combustión del gas se completa en el punto 3, lo que resulta en una cámara altamente presurizada que tiene mucho calor (energía térmica). En términos de termodinámica, esto se denomina proceso isocórico.

Proceso 3 a 4: La energía térmica en la cámara como resultado de la combustión se utiliza para realizar un trabajo en el pistón-que empuja el pistón hacia abajo-aumentando el volumen de la cámara. Esto también se conoce como el golpe de fuerza porque es cuando la energía térmica se convierte en movimiento para impulsar la máquina o el vehículo.

Línea púrpura (Proceso 4 a 1 y fase de escape): Del proceso 4 al 1, todo el calor residual es expulsado de la cámara del motor. A medida que el calor sale del gas, las moléculas pierden energía cinética provocando la disminución de la presión. A continuación, la fase de escape se produce cuando la mezcla restante en la cámara es comprimida por el pistón para ser «agotada» hacia fuera, sin cambiar la presión.

Para leer más

• Motor de dos tiempos y motor de cuatro tiempos
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