Ciclos termodinámicos

Ciclo de Otto
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. El ciclo que describe el fluido de trabajo de dichas máquinas se denomina ciclo de Otto, inventado a finales del siglo XIX por el ingeniero alemán del mismo nombre.
En el ciclo de Otto, el fluido detrabajo es una mezcla de aire y gasolina que experimenta una serie de transformaciones (seis etapas, aunque el trabajo realizado en dos de ellas se cancela) en el interior de un cilindro provisto de un pistón (ver siguiente animación*).

El proceso consta de seis etapas:
01 - Admisión: la válvula de admisión se abre, permitiendo la entrada en el cilindro de la mezcla de aire y gasolina. Alfinalizar esta primera etapa, la válvula de admisión se cierra. El pistón se desplaza hasta el denominado punto muerto inferior (PMI).
12 - 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 enesta etapa es negativo, ya que ésta se comprime.
23 - Explosión: la bujía se activa, salta una chispa y la mezcla se enciende. Durante esta transformación la presión aumenta a volumen constante.
34 - 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 estatransformación es positivo.
41 - Enfriamiento isócoro: durante esta etapa la presión disminuye y la mezcla se enfría liberándose calor al exterior.
10 - Escape: la válvula de escape se abre, expulsando al exterior los productos de la combustión. Al finalizar esta etapa el proceso vuelve a comenzar.
El trabajo total realizado durante el ciclo es positivo (ya que éste se recorre en sentidohorario). Como se observa el la parte izquierda de la animación, el trabajo realizado por el sistema durante las etapas 01 y 10 es igual en valor absoluto pero de signo contrario, por lo que no contribuyen al trabajo total.
El movimiento del pistón se transmite a la biela (representada en naranja en la figura) y de ésta al cigüeñal. Posteriormente este movimiento se transmite a las ruedas.
Ciclo deOtto real
En la práctica, ni las transformaciones adiabáticas del ciclo de Otto son adiabáticas (isentrópicas) ni las transformaciones isócoras de la animación anterior tienen lugar a volumen constante.
En la siguiente figura se ha representado un esquema del ciclo real de Otto superpuesto con el ideal analizado en las secciones anteriores.

En la figura están indicados de forma aproximada lospuntos del ciclo donde tienen lugar la explosión y el escape respectivamente.
Ciclo Diesel
En el ciclo Diesel la máquina térmica presenta un encendido por compresión. El combustible se esparce dentro del cilindro a una presión alta  cuando la compresión se completa, y hay ignición sin la necesidad de una chispa. Un ciclo idealizado de la máquina Diesel se muestra en la figura (33)

Figure33: Ciclo ideal Diesel.
La eficiencia térmica de esta máquina está dada por


   
 

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Ahora se define una nueva cantidad, la relación de corte de admisión  como la relación de los volúmenes del cilindro después y antes del proceso de combustión

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Con esta definición y las relaciones de gas ideal isentrópicas para los procesos  y , la relación del eficiencia térmica sepuede escribir como

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Se puede notar que la eficiencia del ciclo Diesel difiere de la eficiencia del ciclo Otto por la cantidad entre paréntesis cuadrados. Esta cantidad siempre es mayor que 1, por tanto

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cuando ambos ciclos operan en la misma relación de compresión. También cuando la relación de corte disminuye la eficiencia del ciclo Diesel aumenta. En el caso límite...