ciclo otto 4 tiempos explicacion

Explicación del ciclo Otto de 4 tiempos funcionamiento del motor de combustión interna

¿Estás familiarizado con el término "Ciclo Otto"? ¿Acaso te resulta conocido? Los motores son una parte esencial de nuestro entorno: los encontramos en vehículos terrestres como automóviles y motocicletas, en embarcaciones marítimas y, sin duda, en aeronaves. Sin embargo, ¿sabes cuál es su mecanismo de acción? Específicamente, en el caso de los motores de combustión de nuestros aviones, ¿conoces su funcionamiento?

El Concepto del Ciclo Otto Todo lo que Necesitas Saber

El origen de la energía en el motor

Descubriendo los ciclos del motor

La razón detrás del nombre de este dispositivo se debe al hecho de que toda su fuerza proviene de una cámara interna especialmente diseñada para este propósito.



Dentro del ciclo Otto, existen dos variaciones en el motor: el de 4 tiempos y el de 2 tiempos. Estas dos opciones se distinguen por el número de revoluciones del cigüeñal, no obstante, no te angusties, ya que en los siguientes párrafos te lo explicamos en profundidad.

Esquema del Proceso de Otto en Motor de Pasos

El ciclo de Otto se basa en cuatro etapas, cada una correspondiente a un proceso necesario para generar potencia.

En la primera etapa, el pistón desciende en el cilindro permitiendo la entrada de la mezcla de combustible y oxígeno. La válvula de admisión se encuentra abierta, mientras que la de escape permanece cerrada.

Otra característica importante es que el combustible ingresa al cilindro en forma gaseosa, lo que mejora significativamente sus propiedades de combustión.

Eficienciaeditar

La eficiencia térmica de un motor de este tipo depende de su relación de compresión, es decir, la proporción entre el volumen maximal y minimal de la cámara de combustión. Por lo general, los motores Otto modernos tienen una relación de compresión de 8 a 1 hasta 10 a 1. Sin embargo, es posible utilizar proporciones mayores, como 12 a 1, para aumentar la eficiencia, aunque esto requiere el uso de combustibles con alto índice de octanos para prevenir la detonación.

Cuando la relación de compresión es baja, no se necesita un combustible con alto índice de octanos para evitar la detonación, de igual manera, una relación de compresión alta requiere un combustible de alto índice de octanos para evitar los efectos de la detonación, es decir, la auto ignición del combustible antes de que se produzca la chispa en la bujía.

El rendimiento medio de un buen motor Otto de 4 tiempos suele ser del 25% al 30%, lo cual es inferior al rendimiento alcanzado por los motores diésel, que pueden llegar a un rendimiento del 30% al 45% debido, en gran parte, a su mayor relación de compresión.

Potenciaeditar

La energía generada por el ciclo de Otto se describe como la potencia por unidad de tiempo. Este tipo de motores son conocidos como motores de cuatro tiempos. Durante la carrera de admisión y compresión, el cigüeñal del motor gira, al igual que en la carrera de potencia y escape. Por lo tanto, en dos rotaciones del cigüeñal, se produce un trabajo.

En caso de que se utilicen las unidades de medida MKS, el ciclo habrá producido un joule de energía en forma de trabajo. Tomando en cuenta un motor de un litro de desplazamiento, la masa de gas del sistema puede calcularse al asumir que el motor está operando a temperatura estándar (20 °C) y presión (1 atm). De acuerdo con la Ley Universal de los Gases, la masa de un litro de gas a temperatura y presión ambiente en el nivel del mar es la siguiente:

m = R * T * V / P

Donde m representa la masa de gas, R es la constante de los gases, T es la temperatura en Kelvin, V es el volumen y P es la presión.

Relación AireCombustible en Motoreseditar

La proporción ideal entre aire y gasolina es conocida como factor lambda y debe mantenerse de forma constante, con poca variación. Se sitúa en torno a 14-15 partes de aire en peso por cada parte de gasolina en peso, siendo la mezcla estequiométrica de aire y gasolina de 14,7:1. Este valor es crucial para un adecuado funcionamiento del motor.

Origen del ciclo Otto

El motor de ciclo Otto fue creado en 1862 por el inventor francés Alphonse Beau de Rochas. Fue cuatro años después cuando el alemán Nikolaus August Otto construyó el primer motor de dos y cuatro tiempos del mismo tipo. A pesar de un conflicto legal, Otto se llevó la gloria y el motor de gasolina lleva su nombre en la actualidad.

Maximización Térmica Impacto en la Eficiencia

En el análisis del ciclo ideal de Otto, podemos descartar la importancia de los procesos de admisión y de escape a presión constante A→E y E→A. Esto se debe a que, al ser simétricos y reversibles en dirección opuesta, cualquier intercambio de calor o trabajo en uno de ellos se compensa con un término opuesto en el otro.



De los cuatro procesos que componen el ciclo cerrado, no se transfiere calor en los procesos adiabáticos A→B y C→D, según su definición. Sin embargo, sí se produce en los procesos isócoros.



Por el contrario, en los procesos isócoros no se realiza trabajo en el sistema, mientras que en los adiabáticos sí ocurre.

Optimización del Proceso de Otto

El famoso ciclo Otto es el método utilizado por los motores de combustión interna, ya que proporciona una excelente combinación de potencia y eficiencia.

Para garantizar un óptimo rendimiento de un motor de ciclo Otto, es esencial mantener una adecuada proporción entre aire y combustible en su interior.

Esta relación, también conocida como factor lambda, tiene un valor ideal de 14.7 partes de aire por cada una de combustible, siendo considerada la más adecuada.

El ciclo de combustión en cuatro etapas

El motor de cuatro fases se caracteriza por su ciclo de admisión, compresión, explosión y escape, el cual se realiza en dos giros del cigüeñal. En la actualidad, es el tipo de motor más utilizado debido a su alto rendimiento, menor contaminación, consumo reducido y menor desgaste y vibraciones. Sin embargo, su peso y precio son mayores, aumentando así los gastos de reparación.

El ciclo comienza cuando el pistón está en su punto más alto, o punto muerto superior, y finaliza cuando alcanza el punto muerto inferior. Durante esta etapa, la válvula de admisión se encuentra abierta y la de escape cerrada. Al descender, el pistón genera un efecto de succión que permite la entrada de la mezcla en la cámara de combustión. Mientras tanto, el cigüeñal ha girado 180 grados y el árbol de levas 90 grados.

Una vez alcanzado el punto muerto inferior, la válvula de admisión se cierra, iniciando así el movimiento ascendente del pistón y disminuyendo el volumen de la cámara de combustión. Esto comprime la mezcla presente en la cámara. Mientras tanto, el cigüeñal ha completado una vuelta completa, y el árbol de levas un giro de 180 grados.

Rendimiento

Un motor de ciclo Otto requiere una proporción adecuada de aire y combustible para funcionar correctamente. Esta proporción, conocida como factor lambda, debe ser muy equilibrada, con un margen estrecho de tolerancia. Se considera que la proporción ideal es de 14,7 partes de aire por cada una de combustible.*

En caso de que se administre una cantidad mayor de aire, resulta en una mezcla empobrecida. Si bien esto reduce el consumo de combustible y las emisiones, también disminuye el par máximo del motor. Por otro lado, una proporción menor de aire en la mezcla aumenta el par y la potencia, pero a costa de un mayor consumo de combustible y emisión de gases contaminantes.*

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