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Ciclo Otto

Ciclo Otto
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El ciclo Otto es un ciclo termodinámico bajo el que funcionan la mayoría de los motores de gasolina de combustión interna. Es un ciclo de cuatro tiempos (admisión, compresión, explosión y escape) y así es cómo funciona.

Seguimos añadiendo términos relevantes del mundo del motor y de la mecánica a nuestro diccionario de Autocasión. En esta ocasión, rendimos homenaje a Nicolaus Otto y a la invención de 1876 por la cual estableció los principios termodinámicos del funcionamiento del llamado ciclo Otto.

¿Qué es el ciclo Otto?

Se conoce como ciclo Otto al proceso termodinámico que rige el funcionamiento de los motores de gasolina de combustión interna. Existen dos tipos de motores de ciclo Otto, dependiendo de en qué parte del movimiento del pistón se realice cada ciclo.

Están los motores de 4 tiempos, en los que se realiza cada fase del ciclo separadamente, y los motores de 2 tiempos, en los que se realizan dos ciclos simultáneamente. Los motores de 4 tiempos necesitan dos vueltas completas de cigüeñal para completar el proceso, mientras que en los motores de 2 tiempos, en cada vuelta completa se realiza todo el proceso.

Cuáles son las fases del motor de ciclo Otto

Fases de un motor de 4 tiempos.

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Las fases definidas por Nicolaus Otto son 4 en las cuales se realizan 6 procesos para el funcionamiento de un motor de combustión interna con encendido por chispa son las siguientes:

  1. Admisión a presión constante: Con el pistón en el punto más alto (PMS o punto muerto superior) y a punto de iniciar su recorrido de descenso se abre la válvula de admisión, que permite entrar en la cámara de combustión el aire o la mezcla de aire y combustible a una presión constante a medida que baja.
  2. Compresión isoentrópica: al finalizar el recorrido descendente del pistón (PMI o punto muerto inferior), se cierra la válvula de admisión y la de escape permanece cerrada. El pistón comienza a ascender y el aire o la mezcla de aire y combustible encerrados en el cilindro se van comprimiendo al reducirse el volumen del cilindro a medida que asciende el pistón. Es un proceso isoentrópico en el que no existe intercambio de calor con el entorno.
  3. Combustión y trabajo: a punto de llegar a su PMS y con el aire y el combustible comprimidos se realiza la inyección de la mezcla explosiva resultante empleando para ello una chispa eléctrica. Esta fuente de ignición provoca una explosión de la mezcla sometida a presión y se libera una energía que empuja el pistón hacia abajo. Es la fase en la que se produce el trabajo, de ahí que la fase de explosión se llame también fase de esfuerzo o de trabajo. Aquí se realizan casi simultáneamente dos de los procesos del ciclo Otto: la combustión (aporte de calor a volumen constante) y el trabajo, expansión isoentrópica o parte del ciclo que entrega trabajo.
  4. Escape: el pistón llega al punto inferior tras la combustión de la mezcla de aire y combustible y comienza su recorrido ascendente. La válvula de admisión permanece cerrada y se abre la válvula de escape para dejar salir los gases resultantes de la combustión empujados por el pistón en su recorrido ascendente. Aquí de nuevo se realizan casi simultáneamente dos procesos del ciclo Otto: la cesión de calor al entorno a presión constante (al estar la válvula de escape abierta no hay variaciones de presión) y el vaciado de la cámara de combustión para un nuevo ciclo.

¿Cómo funciona el ciclo Otto de dos tiempos?

En el caso de los motores de dos tiempos, la fase de admisión y la de compresión se realizan simultáneamente y posteriormente la de explosión y la de escape.

Diferencias principales entre ciclo Otto y ciclo Diésel

El motor diésel tiene una relación prestaciones/consumo excelente, pero es muy ruidoso.

En 1894 Rudolf Diesel se basó en los principios de Nicolaus Otto para inventar otro tipo de motores de combustión interna en los que se modifican ligeramente los procesos termodinámicos. Las diferencias fundamentales entre el ciclo Otto y el Diésel son:

  • Explosión frente a expansión: en el ciclo Otto la mezcla explota tras la ignición mediante una chispa. En el caso del ciclo Diésel, la mezcla de aire y combustible se expande al comenzar a arder y debido a la dilatación de los gases al aumentar su temperatura. Los frentes de llama y la forma en la que se produce el trabajo son diferentes. Simplificando, el motor Otto genera la mayoría del trabajo principal al inicio de la explosión y del recorrido descendente del pistón, mientras que el Diésel va generando trabajo durante todo el recorrido descendente del pistón debido a la expansión característica de su frente de llama.
  • El método de ignición: en los motores de ciclo Otto la mezcla comprimida en el cilindro se inflama al aportarse una fuente de ignición externa, normalmente una chispa eléctrica. En los motores diésel es la propia presión generada en el cilindro la que provoca la inflamación de la mezcla de aire y combustible.

Ciclo Atkinson vs. ciclo Otto

El ciclo Otto requiere más esfuerzo (dos revoluciones para realizar las cuatro carreras frente a una revolución en el Atkinson) y puede repercutir en una menor fiabilidad, pero a igualdad de cilindrada ofrecen más potencia. En el caso de los Atkinson, necesitan un motor eléctrico como complemento y, por tanto, a grandes rasgos, son más eficientes. Por último, los Otto no tienen tan limitados las revoluciones y tanto las válvulas como el sistema de levas son más simples.

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