Physics — Archive for Saturday, July 26, 2025
- Ciclo Otto: cuatro tiempos, mil explosiones — De la chispa a la potencia bajo el capóMore...
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 \[ \eta_\text{Otto} \;=\; 1 - \frac{Q_\text{out}}{Q_\text{in}}. \]