Ciclo Otto
Es
el ciclo ideal para las máquinas de encendido por chispa. Recibe ese nombre en
honor a Nikolaus A. Otto, quien en 1876, en Alemania, construyo una máquina de
cuatro tiempos utilizando el ciclo propuesto por el francés Beau de Rochas en
1862. En la mayoría de las máquinas de encendido por chispa el embolo ejecuta
cuatro tiempo completos, dos ciclos mecánicos dentro del cilindro, y el
cigüeñal completa dos revoluciones por cada ciclo termodinámico.
El
ciclo de Otto es un conjunto de procesos usado por los motores de combustión
interna (2 tiempos o 4 tiempos). Estos motores admiten una mezcla de
combustible y aire, que es comprimida para que esta pueda reaccionar con
eficacia a la adición de calor, así que la energía química de la mezcla se
pueda transformar en energía térmica, y mediante la expansión de los gases de
la combustión se produzca movimiento, y después los gases de la combustión se
expulsan y posteriormente se vuelve a repetir el ciclo pero ahora con una nueva
mezcla de combustible y aire.
Un
ciclo teórico de interés al analizar el comportamiento de los motores
alternativos de encendido provocado es el ciclo Otto. Un ciclo Otto de cuatro
tiempos se compone de cuatro procesos internos internamente reversibles, además
de una parte del ciclo para la admisión y para el escape.
- Admisión (1). El pistón desciende con la válvula de admisión abierta, aumentando la cantidad de mezcla (aire y combustible) en la cámara. (Expansión a presión constante puesto que al estar la válvula abierta la presión es igual a la exterior). E-A.
- Compresión(2). El pistón asciende comprimiendo la mezcla, ambas válvulas permanecen cerradas (Comprensión adiabática donde P y T incrementan). A-B.
- Combustión. Con el pistón en el punto muerto superior, salta la chispa de la bujía, que inicia la combustión de la mezcla a volumen prácticamente constante (ya que al pistón no le ha dado tiempo a bajar). B-C.
- Expansión(3). Debido a la combustión se produce un ascenso brusco de temperatura que empuja al pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre él, las válvulas continúan cerradas. (Expansión adiabática). C-D.
- Escape(4). Se abre la válvula de escape y el gas sale al exterior, empujado por el pistón a una temperatura mayor que la inicial, siendo sustituido por la misma cantidad de mezcla fría en la siguiente admisión. El sistema es realmente abierto, pues intercambia masa con el exterior. Dado que la cantidad de aire que sale y la que entra es la misma podemos, desde el punto de vista del balance energético, suponer que es el mismo aire, que se ha enfriado. Este enfriamiento ocurre en dos fases. Cuando el pistón se encuentra en el punto muerto inferior, el volumen permanece aproximadamente constante D-A.
Cuando
el pistón empuja el aire hacia el exterior, con la válvula abierta, A-E,
cerrando el ciclo.
Para
que se produzca un ciclo ha debido haber dos subidas y dos bajadas del pistón,
por lo que recibe el nombre de motor de cuatro tiempos y el cigüeñal ha
necesitado dar dos vueltas para completar un ciclo.
Y en
esta grafica podemos ver el ciclo de Otto; comportamiento real.
Fuentes:
Termodinámica Kenneth Wark, Donald
E. Richards, Sexta Edición. McGraw Hill
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