¿Qué es el Ciclo Otto en motores a gas?

Lleva el nombre de Nikolaus August Otto, su inventor, y explica cómo un gas combustible y aire, al quemarse dentro de un cilindro, generan energía mecánica aprovechable.

Fue desarrollado en Alemania, en 1876, cuando Otto y su socio Eugen Langen construyeron el primer motor de cuatro tiempos funcional, marcando el inicio de la era moderna del motor.

¿Cómo funciona?

Su funcionamiento clásico consta de cuatro tiempos:

• Admisión.  Entra mezcla de aire y combustible.

• Compresión. El pistón comprime la mezcla, aumentando su presión y temperatura.

• Combustión y expansión. La chispa provoca la explosión, empujando el pistón.

• Escape. Se expulsan los gases quemados.

Este proceso repite miles de veces por minuto, generando movimiento.

¿En qué motores se aplica?

El Ciclo Otto se usa en motores a nafta, gas licuado de petróleo (GLP), gas natural comprimido (GNC) y biogás, tanto en vehículos, generadores eléctricos, maquinaria ligera y algunas bombas de riego.

¿Qué ventajas ofrece?

• Alta eficiencia en motores pequeños y medianos.

• Mantenimiento relativamente sencillo.

• Buena relación peso-potencia.

• Menor vibración y ruido que motores diésel equivalentes.

¿Sirve para motores agrícolas?

Sí. Muchos motores agrícolas estacionarios (bombas, molinos, picadoras) y algunos tractores usan versiones a gas del Ciclo Otto, por su simplicidad y bajo costo operativo.

¿Hay otros motores a gas que no usen Ciclo Otto?

Si, por supuesto. De hecho es muy común que se realicen adaptaciones de los motores de ciclo diésel convencional para su funcionamiento con gas.

Además, hay otros sistemas aplicados a mnotores a gas, algunos de ellos derivados del Ciclo Otto.

• Motores de Ciclo Diésel. Aunque el Ciclo Diésel está pensado para combustible líquido, existen versiones adaptadas para quemar gas (normalmente usando inyección piloto de diésel para encendido). Se suelen usar en camiones pesados y grandes generadores por su alta eficiencia a cargas constantes.

• Motores de Ciclo Atkinson y Miller. Son variaciones del Otto, con tiempos de admisión y compresión modificados para mayor eficiencia térmica. Su uso es común en motores híbridos y generadores estacionarios.

• Turbinas. Suelen utilizar un Ciclo Brayton en lugar del Ciclo Otto. El gas (natural o biogás) se quema en una cámara de combustión y hace girar una turbina. Muy usadas en plantas eléctricas y aviones.

• Motores rotativos Wankel. Su principio termodinámico es similar al Otto, pero el mecanismo no es de pistones lineales, sino de rotor triangular. Son más compactos, pero menos comunes.

¿Qué diferencias hay entre un motor Ciclo Otto y un motor Ciclo Diésel adaptado a gas?

Las diferencias son más profundas de las que parecen a primera vista. Vamos por parte:

Encendido

• Ciclo Otto: Es por chispa (bujía). La mezcla aire–gas se enciende con una descarga eléctrica.

• Ciclo Diésel: Es por compresión más inyección piloto. El gas se mezcla con el aire y se enciende gracias a una pequeña inyección de diésel que autoenciende por alta compresión.

Relación de compresión

• Ciclo Otto: Moderada (9:1 / 12:1), para evitar autoencendido.

• Ciclo Diésel: Alta (14:1 / 18:1), típica del ciclo Diésel, lo que mejora la eficiencia.

Mezcla aire–combustible

• Ciclo Otto: Se forma antes de entrar al cilindro o justo antes de la combustión (inyección indirecta o directa).

• Ciclo Diésel: El gas se introduce generalmente antes de la admisión o en la admisión. El diésel se inyecta al final de la compresión.

Eficiencia térmica

• Ciclo Otto: Buena en motores pequeños/medianos, pero menor que en un Diésel a carga plena.

• Ciclo Diésel: Mayor eficiencia, especialmente a carga constante y en grandes potencias.

Robustez

• Ciclo Otto: Adecuado para cargas variables, arranques y paradas frecuentes.

• Ciclo Diésel: Diseñado para trabajo pesado y continuo; más robusto, pero también más caro.

Aplicaciones típicas

• Ciclo Otto:  Vehículos livianos, maquinaria pequeña, generadores medianos.

• Ciclo Diésel: Generadores grandes, motores marinos, camiones pesados, compresores industriales.

Costo y mantenimiento

• Ciclo Otto: Menor costo inicial y mantenimiento más sencillo.

• Ciclo Diésel: Más costoso y complejo, pero más duradero en trabajo intensivo.

En resumen, los motores Ciclo Otto a gas suelen ser más simples y flexibles, perfectos para potenbcia moderada y usos variados.

Los motores Ciclo Diésel adaptados a gas presentan sus mejores performances en trabajos de alta carga y régimen constante, aunque necesitan un poco de diésel para funcionar.

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Fuente: MAquinac