El ciclo Otto es el modelo termodinámico que describe el funcionamiento ideal de los motores a gasolina de cuatro tiempos. Comprender este ciclo es esencial para estudiantes de ingeniería, técnicos automotrices y entusiastas que buscan entender cómo se transforma la energía química del combustible en trabajo mecánico. Este ciclo teórico es la base sobre la cual se diseñan la mayoría de los motores de encendido por chispa (spark ignition), tanto en automóviles como en motocicletas y otras aplicaciones.
Aunque el ciclo Otto se representa de forma ideal en los diagramas termodinámicos, su interpretación práctica permite identificar pérdidas reales, optimizar la eficiencia térmica del motor e incluso diagnosticar fallas. A lo largo de este artículo se explican con precisión cada una de las fases del ciclo Otto y su relación directa con las condiciones reales dentro del cilindro, incluyendo presiones, temperaturas y volúmenes.
Fases del ciclo Otto en el motor de combustión interna
Fase 1: Admisión
En la primera fase del ciclo Otto, conocida como admisión, el pistón desciende desde el punto muerto superior (PMS) hasta el punto muerto inferior (PMI) con la válvula de admisión abierta. Durante este desplazamiento, el cilindro se llena con una mezcla aire-combustible a una presión ligeramente menor que la atmosférica debido a pérdidas de carga. Este proceso se modela idealmente como isobárico, es decir, a presión constante.
Fase 2: Compresión
Con ambas válvulas cerradas, el pistón comienza su ascenso desde PMI hacia PMS, comprimiendo la mezcla atrapada. En el ciclo Otto ideal, este proceso se considera adiabático, lo que significa que no hay intercambio de calor con el entorno. Como resultado, la presión y la temperatura de la mezcla aumentan significativamente. La chispa se genera poco antes de alcanzar el PMS, adelantando la ignición para asegurar que el pico de presión ocurra en el momento óptimo para maximizar el par motor.
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Fase 3: Combustión y expansión
La combustión se modela como un aporte de calor a volumen constante (isocórico), ya que el volumen en el cilindro apenas cambia en el entorno del PMS. A continuación, comienza la fase de expansión o trabajo, también considerada adiabática. Los gases calientes ejercen presión sobre la cabeza del pistón, empujándolo hacia el PMI. Esta es la fase en la que el motor entrega trabajo útil al cigüeñal.
Fase 4: Escape
La última fase del ciclo Otto es el escape. Aquí el proceso vuelve a aproximarse como isobárico. Inicia con la apertura anticipada de la válvula de escape (conocida como blowdown), lo que permite liberar una parte importante de la presión antes de que el pistón comience a subir. Luego, al desplazarse hacia el PMS, el pistón empuja los gases quemados fuera del cilindro, dejando listo el espacio para comenzar un nuevo ciclo.
