Diferencias entre el Ciclo Otto Real y el Ciclo Otto Ideal

Existen varias diferencias significativas entre el ciclo Otto real que ocurre en un motor de combustión interna y el ciclo Otto ideal que se estudia en termodinámica. Estas diferencias se deben a la presencia de factores como la fricción, la transferencia de calor y la naturaleza no instantánea de los procesos de combustión y escape en un motor real.

Expansión

Pérdidas de Calor

En el ciclo Otto ideal, se asume que la expansión es adiabática, es decir, no hay transferencia de calor entre el sistema y el entorno. Sin embargo, en un motor real, las paredes del cilindro están refrigeradas para evitar el sobrecalentamiento. Esto provoca que parte del calor generado durante la combustión se transfiera a las paredes del cilindro, haciendo que la expansión sea politrópica en lugar de adiabática. Como resultado, la presión y la temperatura al final de la expansión real son menores que en el ciclo ideal, lo que reduce el trabajo neto producido.

Combustión

Combustión No Instantánea

En el ciclo Otto ideal, se asume que la combustión ocurre instantáneamente a volumen constante. En realidad, la combustión requiere un tiempo finito para completarse. Si la combustión comenzara en el punto muerto superior (PMS), se llevaría a cabo mientras el pistón se aleja del PMS, lo que resultaría en una presión máxima menor a la teórica y una pérdida de trabajo útil.

Para compensar este retraso en la combustión, el encendido se adelanta, de modo que la mayor parte de la combustión se produce cuando el pistón está cerca del PMS. Esto produce un redondeo en la línea de combustión en el diagrama presión-volumen, lo que representa una pérdida de trabajo útil. Sin embargo, esta pérdida es menor que la que se produciría si no se adelantara el encendido.

Cesión de Calor

Apertura de la Válvula de Escape

En el ciclo Otto ideal, la cesión de calor al ambiente se modela como un proceso instantáneo a volumen constante. En un motor real, la apertura de la válvula de escape antes del punto muerto inferior (PMI) permite que los gases de escape calientes comiencen a salir del cilindro antes de que se inicie la carrera de escape. Esto se conoce como "adelanto a la evacuación" y permite que la presión en el cilindro disminuya más rápidamente, acercándose a la presión atmosférica al comienzo de la carrera de escape.

Aunque el adelanto a la evacuación reduce la presión y la temperatura de los gases de escape, también implica una pérdida de trabajo útil, ya que la expansión de los gases no se aprovecha completamente. Sin embargo, esta pérdida es menor que la que se produciría si no se adelantara la apertura de la válvula de escape.

Admisión y Escape

Resistencia del Sistema a la Admisión y a la Evacuación

En el ciclo Otto ideal, se asume que la admisión y el escape ocurren a presión constante. En un motor real, la resistencia al flujo de gases a través de las válvulas, los conductos de admisión y escape, y el filtro de aire provoca pérdidas de presión durante la admisión. De manera similar, la resistencia al flujo de gases de escape a través del sistema de escape provoca un aumento de la presión durante el escape.

Estas pérdidas de presión durante la admisión y el escape reducen el trabajo neto producido por el ciclo. Además, la velocidad del pistón no es constante durante la carrera, lo que provoca oscilaciones de presión en el cilindro durante la admisión y el escape. Estas oscilaciones se representan como curvas onduladas en el diagrama presión-volumen.

En resumen, el ciclo Otto real se desvía significativamente del ciclo Otto ideal debido a factores como las pérdidas de calor, la combustión no instantánea, la resistencia al flujo de gases y la apertura anticipada de las válvulas. Estas diferencias reducen la eficiencia térmica del motor real en comparación con el ciclo ideal.