Los ciclos Otto y Diesel: motores de gasolina y diésel
El motor bajo el capó de la mayoría de los coches no funciona con un cambio de fase sino solo con aire, calentado al quemar combustible dentro del cilindro. Los ciclos Otto y Diesel comparten cuatro carreras y difieren en una cosa: si el combustible arde a volumen constante o a presión constante.
Arrastra la fase para seguir el ciclo Otto. Comprime el aire adiabáticamente, añade calor a volumen constante cuando salta la chispa, expande en la carrera de potencia y luego suelta calor a volumen constante. En un motor real de cuatro tiempos solo la carrera de expansión entrega potencia, y la inercia guardada en el volante lleva al pistón por las otras tres.
La eficiencia ideal de Otto depende solo de la relación de compresión: η = 1 − 1rγ−1. Comprime la carga en una fracción menor del cilindro y la eficiencia sube. Aun así, la ganancia por cada unidad extra de r disminuye a medida que r sube, de modo que a relaciones de compresión muy altas la curva de eficiencia se aplana. Arrastra r.
Los dos ciclos difieren en la etapa de combustión. Otto arde a volumen constante -- una chispa, un salto vertical en P-V. Diesel arde a presión constante -- combustible inyectado mientras el pistón se mueve, un paso horizontal. La chispa quema la mezcla ya preparada en un instante, sin dar tiempo a que el pistón se mueva, así que el volumen apenas cambia; el diésel, en cambio, rocía el combustible poco a poco y la combustión sigue el ritmo del pistón que baja, manteniendo la presión casi constante. Alternalos.
Un motor de gasolina comprime combustible y aire juntos, así que el picado limita su relación de compresión. Un diésel comprime solo aire e inyecta combustible solo arriba, así que puede usar una relación mucho mayor -- y alcanzar más eficiencia. Por eso el diésel mueve la mayoría de camiones, barcos y maquinaria pesada, donde manda el consumo, mientras que el motor de gasolina, más ligero y de mayor régimen de giro, encaja en los turismos. Alterna gasolina y diésel.
Tres ideas: ambos son ciclos de gas sin cambio de fase, difieren solo en combustión a V constante frente a P constante, y la relación de compresión es la perilla maestra. A continuación, hacer girar un ciclo al revés para subir calor: la refrigeración. Los motores reales arden en realidad con una mezcla de ambos, parte a volumen constante y parte a presión constante, una combinación conocida como ciclo dual.