Ciclo Otto

El Ciclo Otto teórico es el ciclo ideal del motor de encendido por chispa, y está representado gráficamente en la figura, tanto en coordenadas P-V como en coordenadas T-S. Las transformaciones termodinámicas que se verifican durante el ciclo son:

1-2 Adiabática i isentropica (sin intercambio de calor con el exterior)
Compresión del fluido activo y correspondiente al trabajo L1 realizadopor el pistón.
2-3 A volumen constante
Introducción instantánea del calor suministrado Q1.
3-4 Adiabática
Expansión y correspondiente trabajo L2 producido por el fluido activo.
4-1 A volumen constante
Sustracción instantánea del calor Q2.
En realidad, en los motores de 4 tiempos, la sustracción del calor se verifica durante la carrera de escape 1-0, y el fluido se introduce enel motor en la carrera de aspiración 0-1, lo cual se representa gráficamente en el diagrama P-V mediante una línea horizontal, mientras que en el diagrama T-S no es posible representarlo. Los efectos de ambos procesos se anulan mutuamente, sin ganancia ni pérdida de trabajo, razón por la cual no suelen considerarse en los diagramas ideales en coordenadas P-V las carreras de aspiración y escape, yel ciclo Otto está representado como un ciclo cerrado, en el cual el fluido activo vuelve a su estado inicial cuando llega a su término la fase de expulsión del calor 4-1.
Como el calor Q1 se introduce a volumen constante, el trabajo L2-3 realizado durante esa transformación es nulo, y la ecuación de conservación de la energía del fluido sin flujo se transforma en:




Como se trata de unciclo ideal y, por tanto, el fluido operante es un gas perfecto, la variación de la energía interna durante su transformación a volumen constante vale:

De donde resulta:
Análogamente, como el calor Q2 es sustraído también a volumen constante, y en tales condiciones que L4-1=0, podemos escribir:

y por ser el fluido un gas perfecto:
Por consiguiente, el rendimiento térmicoideal para el ciclo Otto teórico resulta:
he= (calor suministrado – calor sustraído)/ calor suministrado






Para las transformaciones adiabáticas de compresión 1-2 y de expansión 3-4 obtenemos, respectivamente:

y como es V1=V4 y V2=V3, podemos escribir:





Introduciendo esta relación en la expresión del rendimiento he(así como la que existe entre las temperaturasT1 y T2 de la fase 1-2 de compresión adiabática), resulta:


Indicando con la relación entre los respectivos volúmenes V1 y V2 del principio y final de la carrera de compresión –a la cual llamaremos “relación volumétrica de compresión”-, se obtiene la expresión final del rendimiento térmico ideal del ciclo Otto.




El rendimiento térmico del ciclo Otto es, por tanto, función de larelación de compresión y exponente k, relación de los calores específicos de fluido operante. Aumentando , aumente he; aumentando los valores de los calores específicos, disminuye k y, en consecuencia, también el rendimiento térmico he. Por ello, el ciclo ideal, para el cual k=1.4, tiene un rendimiento térmico superior al ciclo de aire, dado el caso que, para éste, posee k un valor medio másbajo, por variar los calores específicos con la temperatura.
El ciclo del motor diésel lento (en contraposición al ciclo rápido, más aproximado a la realidad) ideal de cuatro tiempos es una idealización del diagrama del indicador de un motor Diesel, en el que se omiten las fases de renovación de la carga., y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire.Además, se acepta que todos los procesos son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido. Aunque todo ello lleva a un modelo muy aproximado del comportamiento real del motor, permite al menos extraer una serie de conclusiones cualitativas con respecto a este tipo de motores. No hay que olvidar que los grandes motores marinos y de tracción ferroviaria son del ciclo de 2 tiempos....