CICLO OTTO

Equipo #2

Guillermo Arenas Domenik Mier Rubén Orta Manuel Bautista Miguel Castro

Introducción • Resulta útil tratar los procesos termodinámicos

basándose en ciclos: procesos que devuelven un sistema a su estado original después de una serie de fases, de manera que todas las variables termodinámicas relevantes vuelven a tomar sus valores originales.

• En un ciclo completo, la energía interna de un sistema no puede cambiar, puesto que sólo depende de dichas variables. Por tanto, el calor total neto transferido al sistema debe ser igual al trabajo total neto realizado por el sistema.

Ciclo Otto El ciclo Otto es el ciclo ideal para las maquinas

de encendido por chispa. Recibe ese nombre en honor a Nikolaus A. Otto, quien en 1876 en Alemania construyo una maquina de cuatro tiempos utilizando el ciclo propuesto por el francés Beau de Rochas en 1862.

En el ciclo de Otto, el fluido de trabajo es una mezcla de aire y combustible que experimenta una serie de transformaciones en el interior de un cilindro provisto de un pistón.

En la mayoría de las maquinas de encendido por chispa el embolo ejecuta cuatro tiempos completos dentro del cilindro y el cigüeñal completa dos revoluciones por cada ciclo termodinámico. Estas maquinas son llamadas maquinas de combustión interna de cuatro tiempos.

Ciclo Otto Real de cuatro tiempos

Es el ciclo utilizado mayormente en motores de combustión interna, en este ciclo solo existe un tiempo de potencia

Tiempo de compresión Tiempo de potencia

(expansión) Tiempo de escape Tiempo de admisión

Diagrama P-v. Ciclo Otto Real

Dato: Observe que la presión en el cilindro está un poco arriba del valor atmosférico durante la carrera de escape y un poco abajo durante la carrera de admisión.

Ciclo Otto de Dos tiempos

Fase de admisión-compresión

El pistón se desplaza hacia arriba desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de admisión. Mientras la cara superior del pistón realiza la compresión, en el cárter la cara inferior succiona la mezcla de aire y combustible a través de la lumbrera. Para que esta operación sea posible el cárter tiene que estar sellado. Es posible que el pistón se desgaste y la culata se mantenga estable en los procesos de combustión.

Fase de explosión-escape

Al llegar el pistón a su punto muerto superior se finaliza la compresión y se provoca la combustión de la mezcla gracias a una chispa. La expansión de los gases de combustión impulsa el pistón que transmite su movimiento al cigüeñal a través de la biela.En su recorrido descendente el pistón abre la lumbrera de escape para que puedan salir los gases de combustión y la lumbrera de transferencia por la que la mezcla de aire-combustible pasa del cárter al cilindro.

Cuando el pistón alcanza el punto inferior empieza a ascender de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo.

Ciclo Otto Ideal de cuatro tiempos 1-2 Compresión isentrópica 2-3 Adición de calor a volumen constante 3-4 Expansión isentrópica 4-1 Rechazo de calor a volumen constante

Diagramas P-v y T-s Ciclo Otto Ideal

Eficiencia térmica Ciclo Otto.

El ciclo de Otto se ejecuta en un sistema cerrado, y sin tomar en cuenta los cambios en las energías cinética y potencial, el balance de energía para cualquiera de los

procesos se expresa, por unidad de masa, como:

No hay trabajo involucrado durante los dos procesos de transferencia de calor porque ambos toman lugar a volumen constante. Por lo tanto, la transferencia de calor hacia y desde el fluido de trabajo puede expresarse como:

Entonces, la eficiencia térmica del ciclo de Otto ideal supuesto para el aire estándar frío es:

Los procesos 1-2 y 3-4 son isentrópicos, y v2 v3 y v4 v1. Por lo tanto:

Sustituyendo estas ecuaciones en la relación de la eficiencia térmica y simplificando, se obtiene:

donde

que es la relación de compresión, y k es la relación de calores específicos cp /cv.