Resumen ciclo otto.

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9.5        CICLO DE OTTO

9.5.1        Antecedentes

Este ciclo recibe su nombre en honor a Nikolaus Otto quien diseñó y construyó una maquina de cuatro tiempos. Dos de estos ciclos son ejecutados por el movieminto de compresion-expansion del embolo y los otros dos son realizados por el cigüeñal quien completa los ciclos mecanicos.

9.5.2        Ciclo de Otto real (Maquina de cuatro tiempos)

a)        Tiempo de compresion: el dispositivo cilindro.embolo comienza con una mezcla de aire y combustible. Tanto la valvula de admision como la de escape estan cerradas. El embolo se encuentre en el PMI. Posteriormente la mezcla se comprime.

b)        Tiempo de potencia (expansion): poco antes que el embolo alcance el PMS, la bujia produce una chispa la cual incia la combustion, esto ocasiona un aumento de temperatura y presion y por consiguiente los gases se expanden haciendo que el embolo se desplace hacia abajo. Como resultado hay una salida de trabajo neto. El cilindro en este momento esta lleno de residuos de combustion.

c) Tiempo de escape: el embolo sube hasta el PMS y se desechan los gases producto de la combustion. Se abre la valvula de escape mientras que la valvula de admision esta cerrada.

d) Carrera de admision: se cierra la valvula de escape y se introduce una nueva mezcla combustible.aire abriendo la valvula de admision, el embolo desciende hasta el PMI.

Una adaptacion de este ciclo es en la maquina de dos tiempos, las cuales solo ejecutan dos procesos: potencia y compresion. En vez de una valvula de escape, el cilindro cuanta con una abertura la cual es abierta en la última parte del proceso de potencia liberando los gases de escape, y en la primera parte del proceso de compresion, se agrega nueva mezcla. Estos motores al desechar parcialmente los gases de escape e incluso evacuar mezcla sin que haya pasado el proceso de combustion son mas ineficientes que las maquinas de cuatro tiempos. Sin embargo su relacion de potencia-peso es mejor, lo cual las hace adecuadas en aplicaciones como motocicletas, sierras mecanicas, etc.Gracias a los nuevos avances en tecnologia como la inyeccion electronica su eficiencia ha mejorado y se estan realizando pruebas para que regresen motores de automoviles basados en maquinas de dos tiempos.

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9.5.3        El ciclo Otto ideal

Asumiendo las suposiciones de gas estandar, el analisis del ciclo anterior se puede simplificar a cuatro procesos internamente reversibles:

a) Compresion isentropica

b) Adicion de calor a volumen constante

c) Expansion isentropica

d) Rechazo de calor a volumen constante

El balance de energia para el ciclo es la primera ley para sistemas cerrados:

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Se debe considerar que en la adicion y rechazo de calor, no se realiza trabajo (porque es un proceso a volumen constante)

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Usando un artilugio matematico se tiene:

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Usando las relaciones isentropicas y al ser proceso isovolumetrico

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En base a esta ecuacion se puede observar que a una mayor relacion de compresionmayor sera la eficiencia del ciclo Otto.

La eficiencia termica vrs la relacion de compresion describe una funcion exponencial creciente que se estabiliza para una r=8. Esto implica un limite teorico  al momento de deseñar estas maquinas. Otro efecto secundario del aumento exagerado en la relacion de compresion es un aumento indeseado de temperatura lo que ocasiona el autoencendido de la mezcla, lo cual disminuye la eficiencia e incluso puede probocar daños en la maquina.

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