Motores de Combustión Interna: Principios y Funcionamiento del Ciclo Otto y Diesel

Motor de Explosión de Cuatro Tiempos (Ciclo Otto)

Se trata de un motor de encendido provocado (MEP), de gasolina, que sigue un ciclo termodinámico Otto. El ciclo Otto es un ciclo cerrado que utiliza una mezcla de aire y gasolina, y para su ignición requiere la ayuda de una chispa eléctrica producida por el sistema de encendido (bujía). Este ciclo consta de cuatro etapas o tiempos y está formado por dos adiabáticas y dos isócoras.

Etapas del Ciclo Otto

1. Admisión (0-1): El pistón desciende, arrastrado por el movimiento del cigüeñal, permitiendo la entrada de una mezcla aire-combustible al cilindro a través de la válvula de admisión.
2. Compresión (1-2): El pistón asciende, impulsado por el cigüeñal, comprimiendo la mezcla de aire y combustible. Esto provoca un aumento significativo de la presión y la temperatura de la mezcla.
3. Explosión-Expansión (2-3-4): Al alcanzar la mezcla su máxima compresión, salta la chispa en la bujía, provocando la explosión y la rápida expansión de los gases. Esta fuerza impulsa el pistón hacia abajo, y su movimiento arrastra el cigüeñal, generando el trabajo útil del motor.
4. Escape (4-1-0): Se abre la válvula de escape, y el pistón sube, expulsando los gases quemados. Una vez que la válvula de escape se cierra y la válvula de admisión se abre, se inicia un nuevo ciclo.

La diferencia entre la energía aportada (Q1) y la energía cedida (Q2) se transforma en energía mecánica. Esta transformación se manifiesta durante la carrera de expansión, que es la única fase en la que se produce trabajo útil. En el resto de las carreras, el cigüeñal arrastra al pistón gracias a la acción del volante de inercia. Alternativamente, y como práctica común, los motores suelen disponer de al menos cuatro cilindros, combinando su funcionamiento de tal modo que en todo momento al menos uno de ellos esté generando trabajo.

Motor de Encendido por Compresión (Ciclo Diesel)

Se trata de un motor de encendido por compresión (MEC), que utiliza gasoil y sigue un ciclo termodinámico cerrado. Este motor emplea aire a alta presión y la inyección de un combustible líquido que se inflama espontáneamente debido a la elevada temperatura del aire comprimido. Este ciclo consta de cuatro etapas o tiempos: admisión, compresión, explosión-expansión y escape. Es un ciclo formado por dos adiabáticas, una isóbara y una isócora.

Etapas del Ciclo Diesel

1. Admisión (0-1): El pistón desciende, arrastrado por el movimiento del cigüeñal, permitiendo la entrada de aire puro al cilindro a través de la válvula de admisión.
2. Compresión (1-2): El pistón asciende, impulsado también por el cigüeñal, comprimiendo el aire a una elevada presión (40-50 atm) y temperatura (aproximadamente 600°C).
3. Explosión-Expansión (2-3-4): Al alcanzar el aire la máxima compresión, se introduce el combustible finamente pulverizado mediante una bomba inyectora. Al contacto con el aire caliente, el combustible se autoinflama, produciéndose la combustión. El pistón desciende, y su movimiento arrastra el cigüeñal, generando el trabajo útil.
4. Escape (4-1-0): Se abre la válvula de escape, y el pistón sube, expulsando los gases quemados. Una vez que la válvula de escape se cierra y la válvula de admisión se abre, se inicia un nuevo ciclo.