Motores de combustión interna: funcionamiento y ciclo Otto

Motores de combustión interna

Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Para su funcionamiento, necesita de los siguientes elementos:

• A) Un fluido: experimenta sucesivos cambios de estado termodinámicos.
• B) Una fuente calorífica: suministra calor al fluido que evoluciona.
• C) Un receptor o sumidero: lugar donde el fluido deposita una cierta cantidad de calor luego de que la máquina desarrolle un determinado trabajo mecánico.
• D) Motor o máquina: lugar físico donde evoluciona cíclicamente el fluido.

En un motor de combustión interna, un gas o una mezcla de gases contenidos en un cilindro desarrolla un ciclo, obligando a un émbolo o pistón a comunicar a un eje un movimiento de rotación. En los motores denominados de explosión, se produce una ignición de una mezcla de combustible, la cual produce una gran cantidad de energía, comunicando un trabajo mecánico al sistema que conforma la máquina.

Ciclo Otto

El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de encendido provocado (motores de gasolina). Se caracteriza porque, en una primera aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante. Este ciclo consta de cuatro tiempos:

Primer tiempo: admisión

El pistón se encuentra en el punto muerto superior (PMS). Inicia una carrera descendente y, al mismo tiempo, se abre la válvula de admisión. El carburador o el sistema de inyección suministra una mezcla de aire y combustible pulverizado que ingresa al interior del cilindro. Cuando el pistón llega al punto muerto inferior (PMI), se cierra la válvula de admisión y el cilindro queda lleno de la mezcla de aire y combustible.

Segundo tiempo: compresión

Con ambas válvulas cerradas, el pistón comienza a subir. La presión aumenta y el volumen disminuye, aumentando la temperatura de la mezcla. Cuando el pistón llega al PMS, la mezcla ocupa el volumen de la cámara de combustión. Como se analiza como ideal, esta compresión se considera adiabática.

Tercer tiempo: explosión/expansión

La bujía recibe una corriente y produce una chispa que inflama la mezcla. Una explosión se propaga en toda la masa de la mezcla. Culminando el mismo, se inicia la expansión, ya que el calor desarrollado en la explosión provoca un aumento considerable de la presión y la temperatura, haciendo que los gases se expandan e impulsen el motor. Esta expansión se considera adiabática.

Cuarto tiempo: escape

El pistón se encuentra en el PMI y el cilindro lleno de gases a una presión levemente superior a la de la atmósfera. En ese momento, se abre la válvula de escape y parte de los gases salen al exterior. Se produce un enfriamiento isocórico, cediendo calor al medio exterior. Los gases residuales son expulsados al exterior en la carrera del pistón del PMI al PMS. Al llegar el pistón al PMS, la válvula de escape se cierra y el ciclo finaliza, pudiéndose reiniciar.