Funcionamiento del Ciclo Otto de 4 Tiempos: Descripción y Etapas

Descripción del Ciclo Otto Teórico de 4 Tiempos

El ciclo teórico de un motor Otto se puede representar en un diagrama p-V. Este motor se caracteriza por aspirar una mezcla de aire y combustible, y se clasifica como un motor alternativo. Esto significa que opera bajo un sistema pistón-cilindro equipado con válvulas de admisión y escape. A continuación, se describe el ciclo Otto de 4 tiempos.

Etapas del Ciclo Otto

• Admisión (Evolución 0-1): El pistón se mueve desde el PMS (punto muerto superior) hasta el PMI (punto muerto inferior). La válvula de admisión (VA) permanece abierta. El pistón completa una carrera, llenando el cilindro con la mezcla de aire y combustible. Al final de la admisión, en el PMI, la VA se cierra. Este proceso de llenado requiere un trabajo negativo.
• Compresión (Evolución 1-2): Con ambas válvulas cerradas (VA y válvula de escape, VE), el pistón se desplaza desde el PMI hasta el PMS, realizando una carrera completa. La mezcla aire/combustible se comprime. En principio, esta compresión es adiabática y requiere trabajo negativo.
• Explosión (Evolución 2-3): Teóricamente, este es un instante. Cuando el pistón alcanza el PMS, la bujía emite una chispa, encendiendo la mezcla en la cámara de combustión. Esto provoca un aumento de presión de 2 a 3.
• Trabajo (Evolución 3-4): Con ambas válvulas cerradas, el pistón se mueve desde el PMS hasta el PMI, completando una carrera. En principio, esta evolución es adiabática y genera trabajo positivo. De hecho, es la única fase del ciclo que produce trabajo positivo hacia el exterior.
• Apertura de la Válvula de Escape (Evolución 4-1): Teóricamente, la caída de presión de 4 a 1 es instantánea y ocurre cuando se abre la válvula de escape.
• Escape (Evolución 1-0): El pistón se desplaza desde el PMI hasta el PMS, realizando una carrera completa. La VE está abierta y la VA cerrada. En principio, la presión dentro del cilindro es igual a la atmosférica, por lo que el trabajo requerido es cero.

Ciclo de Carnot

El ciclo de Carnot consta de dos procesos isotermos y dos procesos adiabáticos. El ciclo tiene un recorrido en sentido horario para producir trabajo (W). Durante la isoterma 1-2, se absorbe calor Q1, manteniendo la temperatura del foco caliente. En la adiabática 2-3, se realiza trabajo. En la isoterma 3-4, se cede calor Q2. En la adiabática 4-1, se toma calor hasta alcanzar la temperatura T1.

Ciclo de Carnot en Refrigeración

Expansión adiabática 1-2: El gas se enfría sin pérdida de calor hasta la temperatura del foco frío, T1. Expansión isoterma 2-3: El gas se mantiene a la temperatura del foco frío, T2, y durante su expansión absorbe calor Q2. Compresión adiabática 3-4: El gas se calienta hasta la temperatura del foco caliente, T1, sin intercambio de calor. Compresión isoterma 4-1: El gas cede calor Q1 al foco caliente, manteniéndose a la temperatura de dicho foco, T1, cerrando así el ciclo.