1. Ciclo de Otto Se define como un ciclo teórico de interés en el análisis de una máquina reciprocante. El ciclo de Otto de cuatro tiempos está integrado por cuatro procesos reversibles, acompañados de un proceso de admisión y uno de descarga. Considere el conjunto de pistón que contiene aire y se encuentra en la posición PMI o punto; a medida que el pistón se mueve hacia la posición PMS, el aire se comprime adiabáticamente. Ya que los procesos son reversibles, la compresión es isotrópica y finaliza en el estado 2. Se añade calor de manera instantánea de tal forma que, tanto la presión como la temperatura se elevan rápidamente durante el proceso a volumen constante (2 a 3). Cuando el pistón se mueve hacia la posición PMI, la expansión se lleva a cabo de manera adiabática o isotrópica, es decir, de forma reversible, hasta el punto 4. En este último estado, se rechaza calor a volumen constante hasta alcanzar el estado inicial. En este punto, el ciclo se encuentra listo para iniciar otro. Para ciclos más cercanos a la realidad, considere la siguiente secuencia que sigue el patrón anterior. En la realidad los gases contienen el producto de la combustión de hidrocarburos, por lo que resulta necesaria una carrera para desalojarlos. En consecuencia, la válvula de escape se abre para que cuando el pistón de mueva de PMI a PMS, expela los gases al medio ambiente. En seguida, la válvula de escape cierra y abre la de admisión, mientras que el pistón retorna a la posición PMI. Durante la carrera de aspiración, el cilindro se llena con aire para el siguiente
COMPRESIÓN
Compresión (2)
El pistón sube comprimiendo la mezcla. Dada la velocidad del proceso se supone que la mezcla no tiene posibilidad de intercambiar calor con el ambiente, por lo que el proceso es adiabático. Se modela como la curva adiabática reversible A→B, aunque en realidad no lo es por la presencia de factores irreversibles como la fricción.
COMBUSTIÓN
Combustión
Con el pistón en su punto más alto, salta la chispa de la bujía. El calor generado en la combustión calienta bruscamente el aire, que incrementa su temperatura a volumen prácticamente constante (ya que al pistón no le ha dado tiempo a bajar). Esto se representa por una isócora B→C. Este paso es claramente irreversible, pero para el caso de un proceso isócoro en un gas ideal el balance es el mismo que en uno reversible.
*ADMISIÓN
Admisión (1)
El pistón baja con la válvula de admisión abierta, aumentando la cantidad de mezcla (aire + combustible) en la cámara. Esto se modela como una expansión a presión constante (ya que al estar la válvula abierta la presión es igual a la exterior)
EXPANSIÓN
Expansión (3)
La alta temperatura del gas empuja al pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre él. De nuevo, por ser un proceso muy rápido se aproxima por una curva adiabática reversible C→D.
ESCAPE
Escape (4)
Se abre la válvula de escape y el gas sale al exterior, empujado por el pistón a una temperatura mayor que la inicial, siendo sustituido por la misma cantidad de mezcla fría en la siguiente admisión. El sistema es realmente abierto, pues intercambia masa con el exterior. No obstante, dado que la cantidad de aire que sale y la que entra es la misma podemos, para el balance energético, suponer que es el mismo aire, que se ha enfriado. Este enfriamiento ocurre en dos fases. Cuando el pistón está en su punto más bajo, el volumen permanece aproximadamente constante y tenemos la isócora D→A. Cuando el pistón empuja el aire hacia el exterior, con la válvula abierta, empleamos la isobara A→E, cerrando el ciclo.