Entre el ciclo Otto real y el Otto teórico correspondiente existen diferencias sustanciales. Algunas de estas diferencias se pueden observar al comparar el diagrama del ciclo real con el diagrama del ciclo teórico. Las otras diferencias que vamos a analizar se refieren a las diferencias entre los valores de temperaturas y presiones de los dos ciclos del motor Otto.
Diferencias en la forma del diagrama
La diferencia de forma del diagrama entre un ciclo Otto real y un ciclo Otto teórico consiste en un perfil distinto en las curvas de expansión y compresión, en la sustitución de los trazos rectilíneos de introducción y sustracción del calor por trazos curvos y el redondeamiento de los ángulos agudo. Las causas de tales diferencias se fundan en las siguientes razones:
- Pérdidas de calor
- Combustión no instantánea
- Tiempo de abertura de la válvula de escape
Pérdidas de calor
En el ciclo teórico las pérdida de calor se consideran nulas. Por otro lado, en el ciclo Otto real, las pérdidas de calor son bastante sensibles.
Una de las características del motor térmico es que el cilindo está refrigerado para asegurar un buen funcionameinto del pistón. El inconveniente de mantener el cilindro refrigerado es que una cierta parte de calor del fluido se transmite a las paredes.
Las líneas de compresión y expansión no son, por consiguiente, adibaticas, sino politropicas, con exponente n, diferente de k. Como el fluido experimenta una perdida de energía calorífica se tiene evidentemente: para la expansión, n>k, y para la compresión.
Combustión no instantánea
En el ciclo teórico, se supone que la combustión se realiza a volumen constante; es, por tanto, instantánea. En el ciclo Otto real, por el contrario, la combustión dura un cierto tiempo. Si el encendido tuviese lugar justamente en el P.M.S., la combustión ocurriría mientras el pistón se aleja de dicho punto, y el valor de la presión seria inferior al previsto, con la correspondiente perdida de trabajo útil.
Por ello es necesario anticipar el encendido de la gasolina de forma que la combustión pueda tener lugar, en su mayor parte, cuando el pistón se encuentra en la proximidad del P.M.S. Esto produce un redondeamiento de la línea teórica 2-3 de introducción de energía térmica (calor). Este rendondeo de la curva implica una perdida de trabajo útil representada por el área B. Pero esta perdida de trabajo resulta de cuantía bastante menor de la que se tendría sin adelantar el encendido.
Tiempo de abertura a la vàlvula de escape
En el ciclo Otto teórico también se supone que la sustracción de calor ocurría instantáneamente en el P.M.I En el ciclo Otto real la sustracción de calor tiene lugar en un tiempo a que una parte de los gases salgan del cilindro antes de que el pistón alcance el P.M.I. de manera que su presión descienda cerca del valor de la presión exterior al comienzo de la carrera de expulsión.
Este hecho provoca una perdida de trabajo útil representada por el area C, pérdida que es, sin embargo, menor que la que se tendría sin el adelanto de la abertura de la válvula de escape.
Diferencias en los valores de presión y temperatura
Las causas de las diferencias en los valores de la presión y temperatura máxima entre el ciclo Otto real y el ciclo Otto teórico son las siguientes:
- Aumento de los calores específicos del fluido con la temperatura
- Disociación en la combustión
Aumento de los calores específicos del fluido con la temperatura
Como ya sabemos, tanto el calor especifico a presión constante cp como el correspondiente a volumen constante cv, de un gas real, crecen con la temperatura, pero de tal forma que su diferencia permanece constante, es decir, cp - cv = AR; por consiguiente, al aumentar la temperatura dismunuye el valor de la relación k = cp / cv. De lo cual se infiere que los valores de la presión y la temperatura máximas resultan siempre inferiores a las que se alcanzarían en el caso en que los calores específicos permanecieron constantes al variar la temperatura.
Este hecho se toma en consideración también al trazar el ciclo teórico del aire; pero, en el caso real, los productos de la combustión tienen calores específicos mayores que el aire, y, por tanto, los valores de la presión y de la temperatura máxima son, en el ciclo real, inferiores a los correspondientes al ciclo teórico. Por esta razón, la superficie y el rendimiento térmico resultan disminuidos.
Disociación en la combustión
Los productos de la combustión son esencialmente CO2 y H2O, además de otros compuestos, tales como CO, H2 y O2. La disociación de estos productos es una reacción que se lleva a cabo con la absorción de energía calorífica, la temperatura máxima alcanzable es menor y se pierde una cierta cantidad de trabajo. Pero dado que la temperatura disminuye durante la expansión, se produce un retroceso en la reacción de disociación. En consecuencia, sobreviene en esta fase una parcial reasociacion con desarrollo de calor. Desciende el valor del exponente de la politropica de expansión -el cual debería ser mayo que k por las perdidas de calor a través de las paredes del cilindro- y se aproxima al de la politropica de compresión; por ello, se consigue una parcial recuperación del trabajo antes perdido.
El ciclo real del motor Otto presenta, por ultimo, otra diferencia importante al compararlo con el ciclo Otto teórico; durante la carrera de aspiración, la presión en el cilindro es inferior a la que se tiene durante la carrera de escape. Salvo casos particulares, en el decurso de la aspiración, la presión resulta inferior a la presión atmosférica, mientras que durante el escape es superior. Se crea, por tanto, en el diagrama indicado una superficie negativa (D, en la figura), que corresponde al trabajo perdido.
El esfuerzo realizado por el motor Otto para efectuar la aspiración y el escape se llama trabajo de bombeo y esta, por lo general, comprendido en el trabajo perdido por rozamientos.
