Menu

Cambra de combustió
Motor tèrmic de cilco Otto

Cicle Otto

Cicle Otto

El cicle Otto teòric és el cicle ideal del otor Otto. El motor Otto també es coneix com a motor d'encesa per espurna causa de que la ignició del combustible es realitza a través d'una espurna provocada per una bujía.También es coneix com a motor de gasolina pel tipus de combustible que utilitza.

Una manera d'estudiar el rendiment d'aquest motor és analitzant el seu cicle teòric. El cicle teòric és una aproximació a l'cicle real cn moltes simplificacions. A la pràctica, apareixen tantes variables que afecten el rendiment del otor de calcular el cicle real és pràcticament impossible. De totes maneres el cico Otto teòric és una bona aproximació a l'cicle real.

Cicle Otto de 4 temps

La següent figura representa gràficament el cicle Otto en un motor de 4 temps tant en coordenades PV com en coordenades TS. 

Cicle Otto teòric. Diagrama pressió-volum PVCiclo Otto teórico. Diagrama temperatura-entropía TS

Les transformacions termodinàmiques que es verifiquen durant el cicle Otto són:

  • 1-2. Transformació adiabàtica i isentrópica (sense intercanvi de calor amb l'exterior). Compressió del fluid actiu i corresponent a la feina L 1  realitzat pel pistó.
  • 2-3. Transformació a volum constant. Introducció instantània de la calor subministrat Q 1 .
  • 3-4. Transformació adiabàtica. Expansió a pressió constant i corresponent treball L 2  produït pel fluid actiu.
  • 4-1. Transformació a volum constant. Sostracció instantània de la calor Q 2 .

En realitat, en el motor de 4 temps, la sostracció de la calor es verifica durant la carrera d'escapament 1-0, i el fluid s'introdueix en el motor a la cursa d'aspiració 0-1, la qual cosa es representa gràficament en el diagrama PV mitjançant una línia horitzontal, mentre que en el diagrama TS no és possible representar-lo. Els efectes d'ambdós processos s'anul·len mútuament, sense guany ni pèrdua de treball, raó per la qual no solen considerar-se en els diagrames ideals en coordenades PV les carreres d'aspiració i escapament, i el cicle Otto està representat com un cicle tancat, al qual el fluid actiu torna al seu estat inicial quan arriba al seu terme la fase d'expulsió de la calor 4-1.

Cicle Otto de 2 temps

El cicle Otto canvia lleugerament en un motor de 2 temps respecte a l'motor de 4 temps.

Primer temps - Amdisión compressió

Quan el pistó del otor alternatiu arriba al PMI (Punt Mort Inferior) comença a desplaçar-se fins al PMS (Punt Mort Superior). Durant el recorregut el pistó crea una diferència de pressió que aspira la barreja d'aire i gasolina per la lumbrera d'admissió cap al càrter de precompressió. El combustible entra en forma gasosa.

Quan el pistó tapa la lumbrera, deixa d'entrar barreja. Durant la resta del ecorregut descendent, el pistó la comprimeix la barreja en el càrter inferior, fins que es descobreix la llumenera de transferència que ho comunica amb la càmera de compressió. A l'comunicar-se amb la càmera de compressió la barreja fresca precomprimida ajuda a expulsar els gasos cremats de la fuita.

Quan el pistó comença a pujar la llumeneres de transferència roman oberta una part de la carrera i el càrter no agafa aire fresc sinó que retornen part dels gasos, perdent eficiència de bombeo.A altes revolucions s'utilitza la inèrcia de la massa dels gasos per minimitzar aquest efecte. És el que se'n diu renovació de la càrrega.

Segon temps. Expansió i escapament de gasos

Una vegada que el pistó del otor tèrmic ha arribat al PMS i la barreja d'aire i gasolina està comprimida, la hi encén per una espurna entre els dos elèctrodes de la bugia. Amb l'encesa el combustible allibera energia i arriba a altes pressions i temperatures en el cilindre. El pistó es desplaça cap avall, realitzant treball fins que es descobreix la lumbrera d'escapament. A l'estar a altes pressions, els gasos cremats surten per aquest orifici.

Característiques del icle Otto de 2 temps

El rendiment d'aquest motor és inferior respecte el motor de 4 temps, ja que té un rendiment volumètric menor i la fuita de gasos és menys eficaç. Els cicles de 2 temps són més contaminants. A nivell de potència, el cicle Otto de 2 temps ofereix un parell motor a la unitat de temps més elevat per a la mateixa cilindrada. Aquesta diferència en el parell motor es deu al fet que el motor de 2 temps fa una explosió en cada revolució, mentre el motor de 4 temps fa una explosió per cada 2 revolucions, i compta amb més parts mòbils.

Aquest tipus de motors s'utilitzen majoritàriament en motors de poca cilindrada (ciclomotors, desbrossadores, cortasetos, motoserres, etc), ja que és més barat i senzill de construir, i la seva emissió de contaminants elevada és molt baixa en valor absolut.

Rendiment tèrmic del icle Otto

Com la calor Q1 s'introdueix a volum constant, el treball L 2-3  realitzat durant aquesta transformació és nul, i l'equació de conservació de l'energia del luid sense flux es transforma en:

Cicle Otto

Com es tracta d'un cicle ideal i, per tant, el fluid operant és un gas perfecte, la variació de l'energia interna durant la seva transformació a volum constant val:

D'on resulta:

 Cicle Otto

Anàlogament, com la calor Q 2  és sostret també a volum constant, i en tals condicions que L 4-1 = 0, podem escriure:

Cicle Otto

i per ser el fluid un gas perfecte:

Cicle Otto

Per tant, el rendiment tèrmic ideal per al cicle Otto teòric resulta:

h i = (calor subministrat - calor sostret) / calor subministradaCicle Otto

Per a les transformacions adiabàtiques de compressió 1-2 i d'expansió 3-4 obtenim, respectivament:

Cicle Otto

i com és V 1 = V 4  i V 2 = V 3 , podem escriure:

Cicle Otto

Introduint aquesta relació en l'expressió del endiment h i (així com la que hi ha entre les temperatures T 1  i T 2  de la fase 1-2 de compressió adiabàtica), resulta:

Indicant amb  Cicle Ottola relació entre els respectius volums V 1  i V 2  de el principi i final de la cursa de compressió -a la qual anomenarem "relació volumètrica de compressió" -, s'obté l'expressió final de l'  rendiment tèrmic ideal del icle Otto .

Cicle Otto
  

El rendiment tèrmic del icle Otto és, per tant, funció de la relació de compressió i exponent k, relació de les calors específiques de fluid operant. Augmentant   Cicle Otto, augmenti h i ; augmentant els valors de les calors específiques, disminueix ki, en conseqüència, també el rendiment tèrmic h i . Per això, el cicle ideal, per al qual k = 1.4, té un rendiment tèrmic superior a l'cicle d'aire, donat el cas que, per a aquest, posseeix k un valor mitjà més baix, per variar les calors específiques amb la temperatura.

Autor:

Data de publicació: 18 de juliol de 2012
Última revisió: 26 de abril de 2018