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Ciclo Otto y Atkinson: ventajas e inconvenientes de cada uno

Motor híbrido Toyota CH-R 2020
Imagen de un motor híbrido.

Los de Atkinson vienen a ser más eficientes que los de Otto

Con la llegada de los motores híbridos y la importancia de la eficiencia del motor de combustión, el ciclo Atkinson ha vuelto a ser protagonista tras muchos años en un segundo plano. Y es que estos motores resultan más eficientes que los de ciclo Otto convencional, ya que consiguen relaciones de compresión más altas. Por este motivo, vamos a buscar las diferencias entre ambos.

Asimismo, el ciclo Miller posee el mismo funcionamiento que el Atkinson, pero con sobrealimentación. Vamos a ver cómo funciona cada uno para conocer sus ventajas e inconvenientes. 

¿Cómo funciona el ciclo Otto?

El ciclo Otto fue el primero en crearse. Apareció en el año de 1876, inventado por el ingeniero alemán Nicolaus Otto en conjunto con Etienne Lenoir, éste último fue el primero en concebir dicho desarrollo del cual Nicolaus realizaría mejoras ocho años después.

En la tercera fase se producirá la transformación de la energía química del combustible en energía mecánica para el pistón para que ésta se transmita a través de la biela al cigüeñal y genere el movimiento; en la última fase se vuelve a abrir la válvula de escape para expulsar los gases producidos durante la combustión y pueda quedar listo para iniciar un nuevo ciclo.

El que sea tan eficiente como presume dependerá de la compresión dentro de la cámara de combustión, en donde una relación de compresión baja requerirá de un combustible de menor octanaje, mientras que una relación de compresión alta requerirá de combustible de mayor octanaje para retrasar el chispazo y lograr la combustión de manera adecuada.

Para este tipo de ciclo se puede hacer uso de dos tipos de motorizaciones, de dos o de cuatro tiempos (admisión, compresión, explosión y escape), en donde el segundo es el más común usado en los automóviles desde hace más de 100 años debido a los bajos índices contaminantes que emite, además de ofrecer un rendimiento de combustible superior que el de dos tiempos.

En el de cuatro tiempos, que es el que poseen los vehículos, la primera fase comienza con el deslizamiento del pistón hacia el punto muerto inferior, en donde la válvula de admisión permanece abierta, permitiendo la entrada de aire y combustible hacia el interior de la cámara. 

En la segunda, las válvulas permanecen cerradas y el pistón se desplaza hacia el punto muerto superior logrando comprimir la mezcla de aire y combustible para llevar a cabo el chispazo que encenderá dicha mezcla.

¿Cómo funciona el ciclo Atkinson?

Este ciclo se popularizó tras la introducción y comercialización de los vehículos híbridos, lo que quiere decir que trabajan con un motor de combustión interna aunado a un motor eléctrico.

El motor Atkinson, basado en el ciclo Otto, posee un mecanismo ideal para lograr un bajo consumo de combustible. Pero con la llegada de tecnología más avanzada tuvo que ser modificado cambiando el tiempo de las válvulas para lograr que el mecanismo funcionara de la misma forma al que se desarrolló en 1882 por James Atkinson.

Presume de relaciones más altas de compresión, lo que logra la detonación de la mezcla mucho antes que el Otto, lo que le hace ser más eficiente en cuanto a rendimiento termodinámico. Este hecho se consigue retrasando el cierre de las válvulas de admisión, lo que permite que los gases vuelvan a fluir dentro de la cámara, permitiendo una relación de compresión superior.

VIDEO

ciclo atkinson, cómo funcion

Ventajas del motor de ciclo Atkinson:

  • Necesitan menos esfuerzo mecánico, lo que aumenta la durabilidad.
  • La eficiencia es más alta.
  • El consumo de combustible es menor.

Ventajas del motor de ciclo Otto:

  • Tienen más potencia en igualdad de cilindrada.
  • Los límites de revoluciones no están tan limitados. 
  • Las válvulas y sistema de levas es más simple.
  • No necesitan de un motor eléctrico como complemento, se pueden implementar solos.

Inconvenientes del motor de ciclo Atkinson:

  • Tienen menos potencia, porque comprimen menos la mezcla aire-combustible. Es decir, la fuerza de empuje sobre la cabeza del pistón en el momento de saltar la chispa es inferior a los motores convencionales.
  • Necesita de una tecnología más compleja en cuanto a sus válvulas y árbol de levas.
  • La potencia específica, la que se consigue a partir de la cilindrada total del motor, es bastante baja. Se pueden encontrar motores de ciclo Atkinson de 1.8 cc con potencias de 98CV o próximas a 100CV. 
  • Funciona netamente en conjunto con nuevas tecnologías.

Inconvenientes del motor de ciclo Otto:

  • Pérdida de energía por la fricción y la refrigeración
  • La eficiencia depende del grado de compresión.
  • Carece de un sistema auxiliar de encendido (bujías, bobinas, encendido electrónico, etc).
  • Son mas pesados y mas ruidosos.
  • Tiene precios y costos de mantenimiento elevados
  • Arranque mas difícil y menor régimen de revoluciones.

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