¿Qué es el ciclo de Otto?

El ciclo de Otto es una de las bases fundamentales de los motores de combustión interna, siendo utilizado tanto en automóviles como en otras aplicaciones industriales. Este ciclo, desarrollado por Nikolaus Otto en el siglo XIX, es responsable de la forma en que los motores convierten la energía química del combustible en energía mecánica. ¿Quieres saber más sobre qué es exactamente el ciclo de Otto y cómo funciona? ¡Sigue leyendo!

En el artículo anterior hablamos del ciclo de Carnot, el ciclo de Stirling y el ciclo de Ericsson. La principal desventaja del ciclo de Carnot es la baja presión efectiva media debido a las altas presiones y relaciones de volumen poco prácticas. Nicolaus Otto propuso un ciclo de adición de calor a volumen constante llamado ciclo de Otto. Ahora analizaremos el ciclo de Otto con más detalle.

¿Qué es el ciclo de Otto?

ciclo otto

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En 1876, Nikolaus August Otto (ingeniero alemán) propuso este ciclo estándar de aire. Este es el ciclo ideal para el motor de gasolina.

En los motores de combustión interna con encendido por chispa, existen cuatro procesos en los ciclos termodinámicos. Ellos son,

  • carrera de succión o succión,
  • carrera de compresión,
  • expansión o golpe de potencia,
  • carrera de escape

Estos cuatro procesos se explican con la ayuda del diagrama PV y el diagrama TS en el ciclo Otto.

¿Qué es el ciclo de Otto?
Diagrama PV y diagrama TS en el ciclo Otto.

0 → 1 y 1 → 0

Cuando el motor está funcionando a toda velocidad, los procesos 0 → 1 y 1 → 0 representan los procesos de admisión y escape del ciclo termodinámico en el diagrama PV, y el efecto de estos dos procesos se considera cancelado.

1 → 2

El proceso 1 → 2 es la compresión isotrópica del aire en el cilindro a medida que el pistón se mueve desde el punto muerto inferior (BDC) hasta el punto muerto superior (TDC).

2 → 3

Durante el proceso 2 → 3 el calor se suministra en un volumen constante. Se trata de encendido por chispa y durante este proceso se produce la combustión de la mezcla de aire y combustible en el cilindro 2 → 3.

3 → 4 y 4 → 1

Estos dos procesos 3 → 4 y 4 → 1 representan expansión isotrópica (el pistón se mueve desde el punto muerto superior al punto muerto inferior) y liberación de calor a volumen constante, respectivamente.

Esto completa el ciclo.

Termodinámicamente, la eficiencia del ciclo Otto está dada por

¿Qué es el ciclo de Otto?

Trabajo realizado por el sistema = calor suministrado (QS)- Calor rechazado (QR)

W = QS -QR

Teniendo en cuenta el proceso de volumen constante 2 → 3 y 4 → 1, el calor suministrado y liberado del aire se puede escribir de la siguiente manera:

¿Qué es el ciclo de Otto?

Teniendo en cuenta los procesos isotrópicos 1 → 2 y 3 → 4 podemos escribir

¿Qué es el ciclo de Otto?

En el ciclo Otto, las relaciones de volumen son iguales a las relaciones de compresión.

¿Qué es el ciclo de Otto?

por lo tanto

¿Qué es el ciclo de Otto?

Esto también se puede escribir como

¿Qué es el ciclo de Otto?

De la ecuación de eficiencia térmica anterior podemos escribir


¿Qué es el ciclo de Otto?
¿Qué es el ciclo de Otto?

La eficiencia térmica del ciclo Otto depende de la relación de compresión. R y la relación de calor específico γ.

Es posible aumentar la eficiencia del ciclo Otto aumentando la relación de compresión. Además, podemos aumentar la eficiencia del ciclo Otto utilizando el medio de trabajo con alto calor específico.

La eficiencia del ciclo Otto es independiente del calor suministrado al sistema y también de la relación de presión.

Diploma

Hemos discutido los diferentes procesos en el ciclo Otto y la eficiencia del ciclo y cómo podemos aumentar la eficiencia del ciclo Otto cambiando ciertos parámetros en el motor. Si tiene algo que decir sobre este tema, comparta sus opiniones con nosotros en la sección de comentarios a continuación.

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Otto Cycle: El ciclo idealizado para motores de ignición por chispa

En un artículo anterior, hemos discutido el ciclo de Carnot, el ciclo de Stirling y el ciclo de Ericsson. La principal desventaja del ciclo de Carnot es la baja presión efectiva media debido a la alta presión y las relaciones de volumen impracticables. Nicolaus Otto propuso un ciclo de adición de calor a volumen constante llamado ciclo Otto. Ahora vamos a discutir el ciclo Otto con más detalle.

Ciclo Otto

En 1876, Nikolaus August Otto (Ingeniero alemán) propuso este ciclo estándar de aire. Este es el ciclo idealizado para los motores de ignición por chispa.

En los motores de combustión interna de ignición por chispa, hay cuatro operaciones en los ciclos termodinámicos. Son:

  1. Carrera de admisión o succión
  2. Carrera de compresión
  3. Carrera de expansión o potencia
  4. Carrera de escape

Todos estos cuatro procesos se explican con la ayuda de un diagrama P-V y un diagrama T-S en el ciclo Otto.

Diagrama P-V y diagrama T-S en el ciclo Otto

0 → 1 y 1 → 0

Cuando el motor está funcionando a plena carga, el proceso 0 → 1 y 1 → 0 representan el proceso de succión y escape del ciclo termodinámico en el diagrama P-V, y el efecto de estos dos procesos se considera anulado.

1 → 2

El proceso 1 → 2 es la compresión isotrópica del aire en el cilindro mientras el pistón se mueve desde el punto muerto inferior (PMI) hasta el punto muerto superior (PMS).

2 → 3

Durante el proceso 2 → 3 se suministra calor a volumen constante. Esto es la ignición por chispa y la combustión de la mezcla de aire y combustible que tiene lugar en el cilindro durante este proceso 2 → 3.

3 → 4 y 4 → 1

Estos dos procesos 3 → 4 y 4 → 1 representan la expansión isotrópica (el pistón se mueve desde el punto muerto superior hasta el punto muerto inferior) y el rechazo de calor a volumen constante respectivamente, de manera que el ciclo se completa.

Termodinámicamente, la eficiencia del ciclo Otto se calcula mediante la siguiente ecuación:

Trabajo realizado por el sistema = Calor suministrado (QS) – Calor rechazado (QR)

W = QS – QR

Teniendo en cuenta los procesos a volumen constante 2 → 3 y 4 → 1, el calor suministrado y rechazado del aire se pueden escribir de la siguiente manera:

Teniendo en cuenta los procesos isotrópicos 1 → 2 y 3 → 4, podemos escribir:

En el ciclo Otto, las relaciones de volumen son iguales a las tasas de compresión:

Por lo tanto:

Esto también se puede escribir como:

A partir de la ecuación de eficiencia térmica anterior, podemos escribir:

La eficiencia térmica del ciclo Otto depende de la relación de compresión r y la relación de calor específico γ.

Para aumentar la eficiencia del ciclo Otto es posible aumentar la relación de compresión. Junto con esto, también podemos aumentar la eficiencia del ciclo Otto mediante el uso de un fluido de trabajo con un alto calor específico.

La eficiencia del ciclo Otto es independiente del calor suministrado al sistema y también de la relación de presiones.

Conclusion

Hemos discutido los diferentes procesos en el ciclo Otto, la eficiencia del ciclo y cómo podemos aumentar la eficiencia cambiando ciertos parámetros en el motor. Si tienes algo que decir sobre este tema, por favor déjanos tus comentarios en la sección de comentarios a continuación.

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