Características del ciclo Otto
Las principales características del ciclo Otto son las siguientes:
- Este ciclo es propio de los motores de combustión interna.
- Es un ciclo de tipo termodinámico.
- Funciona en motores de dos tiempos y de cuatro tiempos.
- Su eficiencia depende del rendimiento térmico.
- En seste ciclo, la energía mecánica se produce en la parte interna de la cámara.
Historia
Nikolaus Otto fue un reconocido ingeniero alemán es el hombre con quien inicia la historia del ciclo Otto, pues fue él que inventó y desarrolló este ciclo basado en el motor de combustión interna de cuatro tiempos como una alternativa práctica para la máquina de vapor. Fue en el año 1876 que construyó este motor y fue patentado posteriormente en el año 1862 gracias a Alphonse Beau de Rochas, un ingeniero francés.
Fases del ciclo Otto
Son seis fases las que se dan durante el ciclo Otto, éstas son:
- Admisión: en ella la válvula de admisión se abre para que la mezcla de aire y gasolina puedan entrar al cilindro.
- Comprensión adiabática: la mezcla es comprimida isoentrópicamente y el pistón alcanza su punto muerto superior.
- Explosión: se activa la bujía creando una chispa para encender la mezcla.
- Expansión adiabática: la mezcla se logra expandir y la energía química se transforma en energía mecánica.
- Enfriamiento isócoro: la presión se reduce y la mezcla se enfría.
- Escape: la válvula de escape se abre y los productos de la combustión son expulsados.
Funcionamiento del ciclo Otto de cuatro tiempos
Los motores de cuatro tiempos son aquellos que tienen uno o más pistones en el cilindro y cada uno de ellos cuenta con dos válvulas de admisión y dos válvulas de escape. En este tipo de motores se dan cuatro etapas las cuales están bien definidas y que incluyen la admisión, compresión, explosión y por último, el escape. Es durante estas etapas que se producen dos vueltas en el cigüeñal, esto debido a que el pistón sube en los tiempos 1 y 2 y luego baja en los tiempos 3 y 4. Para ellos sigue los siguientes pasos:
- El pistón desciende con las válvulas de admisión abiertas mientras que la válvula de escape permanece cerrada formando una mezcla de aire y combustible que luego es aspirada por el pistón.
- Antes de que el pistón logre llegar a su punto más bajo, las válvulas se cierran y empieza a subir comprimiendo la mezcla. Este es un proceso muy rápido y no cede calor.
- La mezcla que ha sido comprimida, con las válvulas cerradas y en el punto más alto del pistón, se produce la combustión de forma explosiva de la mezcla la cual ha sido iniciada por medio de la chispa.
- La mezcla, al estar sometida a un alta presión, logra expandirse provocando que el pistón baje y las válvulas permanecen El trabajo del pistón es positivo y se transmite hacia el cigüeñal produciendo así la fuerza motriz.
- Luego, la mezcla quemada es expulsada por medio de la válvula que permanece abierta mientras que la válvula de admisión es cerrada.
Funcionamiento del ciclo Otto de dos tiempos
Este tipo de funcionamiento de dos tiempos se utiliza principalmente en los motores que tienen poco cilindraje y que son más sencillos. Brinda una mayor potencia pero tiende a ser menos eficiente. Los pasos para el funcionamiento del ciclo son:
- Compresión y aspiración que se presentan cuando el pistón asciende y logra comprimir la mezcla del aire, el aceite y el combustible. Esto hace que se forma un vacío en una pieza conocida como cárter y luego, cuando el recorrido termina, el pistón deja un orificio para aspirar la mezcla nuevamente.
- El siguiente paso es la explosión y el escape. Estos son hechos por la bujía que se encarga de formar una chispa que tiene la función de encender la mezcla comprimida provocando una explosión que hace que el pistón se mueva hacia abajo.
- Luego se da el rendimiento, esto porque el ciclo Otto debe de trabajar con una determinada cantidad de aire y de combustible y ésta debe de ser equilibrada. Este tipo de proporción se llama lambda y tiene 7 partes de aire por una de combustible.
Eficiencia
La eficiencia de un ciclo Otto depende únicamente de la razón de compresión. Para poderla encontrar es necesario aplicar una fórmula conocida como relación de Poisson, la cual dice de la siguiente manera:
Luego, el rendimiento puede ser expresado como:
con r = VA / VB la razón de compresión entre el volumen inicial y el final.
Aplicaciones del ciclo Otto
El ciclo Otto es ampliamente utilizado en la industria automotriz, principalmente en los vehículos de bajo peso como los automóviles y las motocicletas. Es también usado en los diferentes tipos de aplicaciones estacionarias que son utilizadas para la producción de energía eléctrica como lo es el caso de las plantas de emergencia y también se utilizan en máquinas cuando se cuenta con alimentación eléctrica. En utilizado también de forma importante en los motores que funcionan con combustión interna, los de dos y cuatro tiempos.
En qué se diferencia del ciclo diésel
A pesar de que el ciclo Otto y el ciclo diésel son dos tipos de motores térmicos que funcionan por medio de una serie de reacciones termodinámicas, presentan algunas diferencias que los separan. La primera y quizá la más importante se basa en el ciclo teórico que indica que el ciclo otto funciona por medio del encendido de la chispa mientras que el ciclo diésel funciona de acuerdo al encendido por compresión.
En el ciclo otto, el encendido es realizado por medio de una chispa la cual es provocada por medio de la bujía, razón por la cual se conoce como ciclo de chispa, en cambio, en el ciclo diésel, el encendido se hace por medio de la compresión del combustible y por eso se conoce como encendido por compresión.
Importancia
El ciclo Otto es de vital importancia para el campo del automovilismo porque es el encargado de proporcionar la energía para la mayoría de los transportes y por esta razón se considera esencial para el mundo moderno. En concreto, la gran mayoría de los automóviles que circulan hoy en día necesitan del ciclo Otto para poder convertir la gasolina en movimiento.
