Máquinas térmicas y motor de combustión interna: los cuatro tiempos del ciclo de Otto
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De las locomotoras de vapor a los autos actuales, muchas máquinas funcionan igual en el fondo: convierten calor en movimiento. Se llaman máquinas térmicas, y la más común hoy es el motor de combustión interna.
En tu libro: este tema está en las páginas 187 a 189 de Saberes y pensamiento científico. Segundo grado (SEP).
Qué es una máquina térmica
Es un dispositivo que transforma energía térmica (calor) en trabajo mecánico. Para funcionar necesita:
- Una fuente caliente que le dé calor (la combustión de carbón, gas o gasolina, o una reacción nuclear).
- Una sustancia que se expanda y empuje algo (vapor de agua o gases calientes).
- Una zona fría donde se descarga el calor que no se aprovecha.
Ninguna máquina térmica aprovecha todo el calor que recibe: una parte siempre se pierde hacia el ambiente.
Una central de vapor (página 187)
En una central termoeléctrica, un generador de vapor calienta agua; el vapor a alta presión hace girar una turbina; la turbina mueve un alternador que produce electricidad; y en el condensador el vapor se enfría con agua fría, vuelve a ser líquido y regresa al generador. El ciclo se repite.
Combustión externa e interna
- Combustión externa: el combustible se quema fuera del lugar donde se produce el movimiento (la caldera de una máquina de vapor).
- Combustión interna: el combustible se quema dentro del cilindro donde está el pistón (motores de autos y motos).
El motor de cuatro tiempos (ciclo de Otto)
La mayoría de los autos de gasolina usan el ciclo diseñado por el ingeniero alemán Nikolaus Otto (1832-1891). Transforma la energía química de la gasolina en energía térmica y luego en energía mecánica. Cada ciclo tiene cuatro tiempos:
| Tiempo | Qué pasa | Válvulas | Pistón |
|---|---|---|---|
| 1. Admisión | Entra la mezcla de aire y gasolina | Admisión abierta | Baja |
| 2. Compresión | La mezcla se comprime | Cerradas | Sube |
| 3. Explosión (combustión) | La bujía lanza una chispa, la mezcla explota y los gases empujan el pistón | Cerradas | Baja con fuerza |
| 4. Escape | Salen los gases quemados | Escape abierta | Sube |
Solo el tercer tiempo produce trabajo. El pistón, unido a la biela, hace girar el cigüeñal, que transmite el movimiento a las ruedas.
Eficiencia
La eficiencia es qué porcentaje de la energía suministrada se convierte en trabajo útil:
Un motor de gasolina aprovecha solo entre 20 % y 30 % de la energía del combustible; el resto se pierde como calor por el escape, el radiador y la fricción.
Ejemplo: si un motor recibe 1 000 J de energía química y produce 250 J de trabajo, su eficiencia es , y 750 J se pierden como calor.
Impacto ambiental
La combustión de gasolina y diésel produce dióxido de carbono (CO₂), principal gas de efecto invernadero, además de monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y partículas que contaminan el aire.
Nota: el libro (página 189) dice que el calor que desperdician los motores, al irse a la atmósfera, “aumenta la temperatura global de la Tierra”. Ese calor desperdiciado es insignificante a escala planetaria; lo que calienta el planeta es el CO₂ que emiten, que retiene el calor del Sol (efecto invernadero).
Por eso se buscan alternativas: autos híbridos y eléctricos, transporte público y bicicleta.
Comprueba lo aprendido
1. ¿Qué transformaciones de energía ocurren en un motor de gasolina?
Química (gasolina) → térmica (combustión) → mecánica (movimiento del pistón y las ruedas).
2. ¿En qué tiempo del ciclo de Otto se produce el trabajo?
En el tercer tiempo, la explosión o combustión.
3. Un motor recibe 5 000 J y produce 1 500 J de trabajo. ¿Cuál es su eficiencia?
.
4. ¿Por qué una máquina de vapor es de combustión externa?
Porque el carbón se quema en la caldera, fuera del cilindro donde el vapor empuja el pistón.
Practica con los ejercicios resueltos de esta unidad:
Ejercicios resueltos de energía
Temas relacionados: calor y transferencia de calor, fuentes de energía y efecto invernadero en el curso de Saberes y pensamiento científico 2.
Referencias
- Secretaría de Educación Pública (2025). Colección Sk’asolil. Saberes y pensamiento científico. Segundo grado. SEP, pp. 187-189.
- Hewitt, P. G. (2007). Física conceptual. Pearson.
