Nikolaus August Otto

Ingeniero alemán que perfeccionó el motor de combustión interna (Holzhausen, Nassau, 1832 – Colonia, 1891). En 1861 diseñó un primitivo motor de combustión interna, que consumía gas de alumbrado; para su comercialización se asoció con el industrial Eugen Langen y fundaron juntos una fábrica en Colonia (1864).

En 1876 perfeccionó aquel modelo aplicando el ciclo de cuatro tiempos que había patentado Alphonse Beau de Rochas seis años antes; desde entonces se llama ciclo de Otto al ciclo de cuatro tiempos (admisión, compresión, explosión y escape) que desarrollan los cilindros de estos motores durante dos vueltas completas del cigüeñal, pues fue Otto el primero en ponerlo en práctica construyendo un motor de cuatro tiempos como los que constituyen la base de los motores de los automóviles modernos.

Al hacerlo proporcionó el primer motor eficaz alternativo a la máquina de vapor, abriendo una nueva era en la industria. No obstante, fue uno de sus colaboradores, Daimler, quien dio el paso definitivo -una vez abandonados los talleres de Otto- introduciendo la gasolina como combustible. A pesar del éxito económico inicial de sus motores, Otto perdió la patente en 1886, al descubrirse la anterioridad del invento de Beau de Rochas.

Ciclo de Otto

Muchas de las máquinas térmicas que se construyen en la actualidad (motores de camiones, coches, maquinaria, etc) están provistas de un motor denominadomotor de cuatro tiempos. El ciclo que describe el fluido de trabajo de dichas máquinas se denomina ciclo de Otto, inventado a finales del siglo XIX por el ingeniero alemán del mismo nombre.

En el ciclo de Otto, el fluido de trabajo es una mezcla de aire y gasolina que experimenta una serie de transformaciones (seis etapas, aunque el trabajo realizado en dos de ellas se cancela) en el interior de un cilindro provisto de un pistón (ver siguiente animación*).

01 – Admisión: la válvula de admisión se abre, permitiendo la entrada en el cilindro de la mezcla de aire y gasolina. Al finalizar esta primera etapa, la válvula de admisión se cierra. El pistón se desplaza hasta el denominado punto muerto inferior (PMI).El proceso consta de seis etapas:

12 – Compresión adiabática: la mezcla de aire y gasolina se comprime sin intercambiar calor con el exterior. La transformación es por tanto isentrópica. La posición que alcanza el pistón se denomina punto muerto superior (PMS). El trabajo realizado por la mezcla en esta etapa es negativo, ya que ésta se comprime.
23 – Explosión: la bujía se activa, salta una chispa y la mezcla se enciende. Durante esta transformación la presión aumenta a volumen constante.
34 – Expansión adiabática: la mezcla se expande adiabáticamente. Durante este proceso, la energía química liberada durante la combustión se transforma en energía mecánica, ya que el trabajo durante esta transformación es positivo.
41 – Enfriamiento isócoro: durante esta etapa la presión disminuye y la mezcla se enfría liberándose calor al exterior.
10 – Escape: la válvula de escape se abre, expulsando al exterior los productos de la combustión. Al finalizar esta etapa el proceso vuelve a comenzar.

El trabajo total realizado durante el ciclo es positivo (ya que éste se recorre en sentido horario). Como se observa el la parte izquierda de la animación, el trabajo realizado por el sistema durante las etapas 01 y 10 es igual en valor absoluto pero de signo contrario, por lo que no contribuyen al trabajo total.

El movimiento del pistón se transmite a la biela (representada en naranja en la figura) y de ésta al cigüeñal. Posteriormente este movimiento se transmite a las ruedas.

Ciclo de Otto real

En la práctica, ni las transformaciones adiabáticas del ciclo de Otto son adiabáticas (isentrópicas) ni las transformaciones isócoras de la animación anterior tienen lugar a volumen constante.

En la siguiente figura se ha representado un esquema del ciclo real de Otto superpuesto con el ideal analizado en las secciones anteriores.