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Subsecciones
- 3.5.1 Eficiencia de un ciclo Otto ideal
- 3.5.2 Trabajo del motor, tasa de trabajo por unidad de flujo entálpico
El ciclo Otto es un conjunto de procesos utilizados por los motores de combustión interna de encendido por chispa (ciclos de 2 o 4 tiempos). Estos motores a) ingieren una mezcla de combustible y aire, b) la comprimen, c) la hacen reaccionar, añadiendo así efectivamente calor mediante la conversión de energía química en energía térmica, d) expanden los productos de la combustión, y luego e) expulsan los productos de la combustión y los sustituyen por una nueva carga de combustible y aire. Los diferentes procesos se muestran en la figura 3.8:
- Carrera de admisión, vapor de gasolina y aire aspirado en el motor (
). - Carrera de compresión,
, 
aumento (
). - Combustión (chispa), tiempo corto, volumen esencialmente constante (
). Modelo: calorabsorbido de una serie de depósitos a temperaturas 
a 
. - Carrera de potencia: expansión (
). - Escape de la válvula: la válvula se abre, el gas se escapa.
- (
) Modelo: rechazo de calor a una serie de depósitos a temperaturas 
a 
. - Carrera de escape, el pistón empuja los productos de combustión restantes fuera de la cámara(
).
Modelamos los procesos como si todos ellos actuaran sobre una masa fija de airecontenida en una disposición de pistón y cilindro, como se muestra en laFigura 3.10.
El ciclo real no tiene las transiciones bruscas entre losdiferentes procesos que tiene el ciclo ideal, y podría ser asimilado en la figura 3.9.
3.5.1 Eficiencia de un ciclo Otto ideal
El punto de partida es la expresión general para la eficiencia térmica de un ciclo:
La convención, como antes, es que el intercambio de calor es positivo si el calor fluye hacia el sistema o motor, por lo que 
es negativo. El calor absorbido se produce durante la combustión cuando se produce la chispa, aproximadamente a volumen constante. El calor absorbido puede relacionarse con el cambio de temperatura del estado 2 al estado 3 como:
 |
 |
|
 |
El calor rechazado viene dado por (para un gas perfecto con calores específicos constantes)
. Sustituyendo las expresiones del calor absorbido y rechazado en la expresión del rendimiento térmico se obtiene
Podemos simplificar la expresión anterior utilizando el hecho de que los procesos de 1 a 2 y de 3 a 4 son isentrópicos:
La cantidad 
se llama relación de compresión. En términos de relación de compresión, la eficiencia de un ciclo Otto ideal es:
La eficiencia del ciclo Otto ideal se muestra en función de la relación de compresión en laFigura 3.11. A medida que aumenta la relación de compresión, 
, aumenta 
, pero también lo hace . Si es demasiado alta, la mezcla se encenderá sin chispa (en el lugar equivocado del ciclo).
3.5.2 Trabajo del motor, tasa de trabajo por unidad de flujo de entalpía
La relación adimensional entre el trabajo realizado (la potencia) y el flujo de entalpía a través del motor viene dada por
A menudo se desea aumentar esta cantidad, porque significa un motor más pequeño para la misma potencia. El aporte de calor viene dado por
donde
-
es el calor de reacción, es decir, la energía química liberada por unidad de masa de combustible, -
es el caudal másico de combustible.
La potencia adimensional es
Las cantidades de esta ecuación, evaluadas en condiciones estequiométricas son:
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| así | ||
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Puntos de Fusión
¿Cómo se calcula ?(MP 3.6)
¿Qué son las «condiciones estequiométricas?» (MP 3.7)
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