Ciclo de Otto
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El documento describe el ciclo de Otto, que es fundamental en motores de combustión interna, y detalla sus cuatro etapas: admisión, compresión, trabajo y escape. Se incluye un diagrama de presión-volumen que ilustra los procesos involucrados y la importancia de la relación de compresión en la eficiencia del ciclo. Finalmente, se destaca que un mayor rendimiento se logra con una mayor relación de compresión.
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Ciclo de Otto
- 1. CICLO DE OTTO CONTENIDO: 1: Introducción. 2: Los 4 tiempos del trabajo. 3: Primer tiempo: Admisión. 4: Segundo tiempo: Compresión. 5: Tercer tiempo: Trabajo. 6: Cuarto tiempo: Escape. 7: Diagrama P-V del ciclo Otto. 8: Descripción del funcionamiento del diagrama P-V. 9: Rendimiento del ciclo Otto. Materia: Termodinámica 2 Lic. En Ing. Mecatrónica
- 2. Muchas de las máquinas térmicas que se construyen en la actualidad (motores de camiones, coches, maquinaria, etc.) están provistas de un motor denominado motor de cuatro tiempos o motor Otto. El fluido de trabajo es una mezcla de aire y gasolina que experimenta una serie de transformaciones. Realiza la transformación de energía calorífica en mecánica a través de un conjunto de procesos utilizados por los motores de combustión interna de encendido por chispa (ciclos de 2 o 4 tiempos). 1: INTRODUCCIÓN
- 3. 2: LOS 4 TIEMPOS DE TRABAJO Figura 1: Partes y etapas del funcionamiento de los 4 tiempos del ciclo Otto.
- 4. 3: PRIMER TIEMPO: ADMISIÓN Durante este tiempo el pistón se desplaza desde el PMS al PMI, durante este desplazamiento el cigüeñal realiza un giro de 180°. Cuando comienza esta fase la válvula de admisión se abre, por lo que se aspira una mezcla de aire y combustible para llenar en totalidad al cilindro. Figura 2: Etapa de Admisión.
- 5. 4: SEGUNDO TIEMPO: COMPRESIÓN El pistón efectúa su segundo movimiento del PMI al PMS, por lo tanto el cigüeñal da otro giro de 180°. Durante este proceso las válvulas permanecen cerradas y el pistón comprime las mezclas, la cual queda alojada en la cámara de combustión. Figura 3: Etapa de Compresión.
- 6. 5: TERCER TIEMPO: TRABAJO En el momento en que el pistón llega al final de la compresión, entre los electrodos de la bujía, salta una chispa eléctrica en el interior de la cámara de combustión, liberando la energía calorífica del combustible produciendo así una temperatura elevada en el interior del cilindro ocasionando una fuerza de empuje del pistón hacia el PMI. Figura 4: Etapa de Trabajo.
- 7. 6: CUARTO TIEMPO: ESCAPE En este ultimo recorrido del pistón, la válvula de escape permanece abierta para liberar los gases quemados a la atmosfera procedente de la combustión. Haciendo girar al cigüeñal 720° en un ciclo. Figura 5: Etapa de Escape.
- 8. 7: DIAGRAMA P-V CICLO DE OTTO Figura 6: Diagrama de presión-volumen de los 6 procesos del ciclo Otto.
- 9. EA - Admisión: la válvula de admisión se abre, permitiendo la entrada en el cilindro de la mezcla de aire y gasolina. Al finalizar esta primera etapa, la válvula de admisión se cierra. El pistón se desplaza hasta el denominado punto muerto inferior (PMI). AB - Compresión adiabática: la mezcla de aire y gasolina se comprime sin intercambiar calor con el exterior. La transformación es por tanto isentrópica. La posición que alcanza el pistón se denomina punto muerto superior (PMS). El trabajo realizado por la mezcla en esta etapa es negativo, ya que ésta se comprime. BC - Explosión: la bujía se activa, salta una chispa y la mezcla se enciende. Durante esta transformación la presión aumenta a volumen constante. CD - Expansión adiabática: la mezcla se expande adiabáticamente. Durante este proceso, la energía química liberada durante la combustión se transforma en energía mecánica, ya que el trabajo durante esta transformación es positivo. DA - Enfriamiento isócoro: durante esta etapa la presión disminuye y la mezcla se enfría liberándose calor al exterior. AE - Escape: la válvula de escape se abre, expulsando al exterior los productos de la combustión. Al finalizar esta etapa el proceso vuelve a comenzar. 8: DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO DEL DIAGRAMA P-V.
- 10. 9: RENDIMIENTO DEL CICLO DE OTTO El rendimiento del ciclo, viene dado por la relación entre el trabajo total realizado durante el ciclo y el calor suministrado al fluido de trabajo: La relación entre volúmenes V1/V2 se denomina relación de compresión (r). Así que, el rendimiento expresado de la función es: Cuanto mayor sea la relación de compresión, mayor será el rendimiento del ciclo de Otto. Figura 7 y 8: Formula del rendimiento del ciclo Otto.