Laget av: roberto.c.alfredo i physics på 26. juli 2025, 04:08
1. Introducción
El ciclo Otto es el modelo idealizado de los motores de encendido por chispa (gasolina). Consta de cuatro tiempos mecánicos que—cuando se representan en un diagrama \(P\!-\!V\)— forman cuatro procesos termodinámicos:
- Compresión adiabática (1→2)
- Adición de calor a volumen constante (2→3)
- Expansión adiabática (3→4)
- Expulsión de calor a volumen constante (4→1)
Antes de arrancar, tres conceptos clave:
\(r \equiv \dfrac{V_1}{V_2}\): relación de compresión (volumen máximo / mínimo).
\(\gamma \equiv \dfrac{c_p}{c_v}\): razón de calores específicos (≈ 1,4 para el aire).
Motores reales pierden energía por rozamiento, transferencia de calor y combustión no instantánea, pero el ciclo ideal nos da la “nota alta” teórica. 🎺
2. Los cuatro procesos en detalle
2.1 Compresión adiabática 1→2
El pistón sube, el volumen baja de \(V_1\) a \(V_2\) sin intercambio de calor. \[ P_1 V_1^{\gamma} = P_2 V_2^{\gamma}, \quad T_2 = T_1\, r^{\gamma-1}. \]
2.2 Combustión a volumen constante 2→3
La chispa enciende la mezcla; presión y temperatura saltan: \[ \frac{Q_\text{in}}{m} = c_v\,(T_3 - T_2). \]
2.3 Expansión adiabática 3→4
Trabajo útil: los gases empujan el pistón hacia abajo. \[ T_4 = T_3\, r^{1-\gamma}. \]
2.4 Expulsión de calor a volumen constante 4→1
Se abre la válvula de escape: \[ \frac{Q_\text{out}}{m} = c_v\,(T_4 - T_1). \]
3. Eficiencia térmica \(\eta_\text{Otto}\)
La eficiencia ideal se define como \[ \eta_\text{Otto} \;=\; 1 - \frac{Q_\text{out}}{Q_\text{in}}. \]