Cómo funciona un motor de 4 tiempos (explicado con un simulador)
Tecnología e Ingeniería · Máquinas térmicas · ⏱ 8 min de lectura
El motor de 4 tiempos (o ciclo Otto) es la máquina que convierte una gota de gasolina en el giro de las ruedas. Aquí verás sus cuatro pasos —admisión, compresión, explosión y escape— explicados sin líos y, lo mejor, los verás funcionar en un simulador 3D con su diagrama presión-volumen, moviéndolo a cámara lenta.
¿Qué es un motor de 4 tiempos?
Un motor de cuatro tiempos es un motor de combustión interna que completa un ciclo de trabajo en cuatro carreras del pistón (dos subidas y dos bajadas), lo que equivale a dos vueltas completas del cigüeñal. Antes de ver los cuatro pasos, quédate con tres piezas:
- Pistón (o émbolo) — sube y baja dentro del cilindro. Es quien recibe el empujón de la explosión.
- Biela y cigüeñal — el mecanismo biela-manivela que transforma el sube-y-baja del pistón en un giro continuo (el mismo mecanismo que puedes ver en 3D en la unidad de Mecanismos).
- Válvulas y bujía — las válvulas de admisión y escape dejan entrar la mezcla y salir los gases; la bujía suelta la chispa que enciende la mezcla.
Los 4 tiempos, paso a paso
1.º Admisión. El pistón baja y la válvula de admisión se abre. El cilindro «respira»: entra la mezcla de aire y gasolina. Es como tirar del émbolo de una jeringa para llenarla.
2.º Compresión. Las dos válvulas se cierran y el pistón sube, apretando la mezcla en un espacio mucho más pequeño. Al comprimirla, suben su presión y su temperatura. Cuanto más se comprime (mayor relación de compresión), más rendimiento tendrá el motor.
3.º Explosión (o expansión). Con la mezcla comprimida, salta la chispa de la bujía: la mezcla arde de golpe, la presión se dispara y empuja el pistón hacia abajo con fuerza. Este es el único tiempo que produce trabajo; los otros tres se lo «piden prestado» al volante de inercia.
4.º Escape. El pistón sube de nuevo con la válvula de escape abierta y expulsa los gases quemados. Al terminar, todo vuelve al punto de partida y el ciclo empieza otra vez.
Truco para recordarlos: A-C-E-E → Admisión, Compresión, Explosión, Escape. Solo la tercera «E» empuja.
¿Por qué se dibuja en un diagrama P-V?
Los ingenieros no dibujan el motor: dibujan lo que le pasa al gas de dentro, en un gráfico de presión (P) frente a volumen (V). Cada tiempo es un tramo de una curva cerrada, y el área encerrada por esa curva es el trabajo que da el motor en cada ciclo. Cuanto más «gorda» sea la figura, más trabajo.
En el ciclo Otto ideal aparecen cuatro procesos: dos adiabáticas (compresión y expansión, tan rápidas que no da tiempo a intercambiar calor) y dos isócoras (la combustión y el escape, a volumen constante). No hace falta memorizarlo: se entiende mucho mejor viéndolo trazarse en vivo mientras el pistón se mueve.
La relación de compresión: el número que manda
Si hay un dato que decide el rendimiento de un motor, es la relación de compresión (r): cuántas veces se comprime la mezcla entre el punto más bajo del pistón (PMI) y el más alto (PMS). Se calcula dividiendo los dos volúmenes:
r = Vmáx ÷ Vmín
Un cilindro tiene, con el pistón abajo, Vmáx = 540 cm³, y con el pistón arriba, Vmín = 60 cm³. Su relación de compresión es:
r = 540 ÷ 60 = 9 → se escribe 9:1
Los motores de gasolina suelen ir de 8:1 a 11:1; los Diésel, mucho más: 18:1 a 22:1. La regla de oro es a mayor r, mayor rendimiento (con el límite del «picado» en gasolina). Muévela en el simulador y verás cambiar el rendimiento en directo.
Otto vs. Diésel: la misma idea, dos formas de encender
Los dos son motores de 4 tiempos; la diferencia está en cómo encienden el combustible:
| Otto (gasolina) | Diésel (gasóleo) | |
|---|---|---|
| Encendido | Chispa de la bujía | Por compresión del aire (inyector) |
| Qué comprime | Aire + gasolina | Solo aire |
| Combustión | Isócora (a volumen constante) | Isóbara (a presión constante) |
| Compresión (r) | 8:1 a 11:1 | 18:1 a 22:1 |
| Dónde se usa | Coches ligeros, motos | Camiones, furgonetas, maquinaria |
A igualdad de compresión, el ciclo Otto rinde algo más en el papel; pero el Diésel puede comprimir mucho más, y por eso los motores Diésel suelen ser más eficientes y con más par a bajas vueltas. Es la razón de que camiones y maquinaria pesada sean casi siempre Diésel.
¿Y el motor de 2 tiempos? (la diferencia)
Quizá has oído hablar del motor de 2 tiempos (motosierras, desbrozadoras, ciclomotores antiguos). Hace lo mismo —admitir, comprimir, explotar y escapar— pero en una sola vuelta del cigüeñal (dos carreras del pistón) en lugar de dos. Al haber una explosión en cada vuelta, da más potencia para su tamaño, pero es más contaminante y gasta más (mezcla la gasolina con aceite y pierde parte de la mezcla por el escape). Por eso los coches usan el de 4 tiempos: más limpio y eficiente.
Pruébalo en el simulador
Después de explicar esto muchos cursos en clase, me convencí de que se entiende de golpe cuando lo ves moverse — por eso construí este simulador. Tienes el motor en 3D en corte y su diagrama P-V siempre sincronizados. Pulsa para abrirlo:
Cómo usar el simulador
- Dale a Reproducir y bájalo a cámara lenta: identifica cada tiempo (fíjate en qué válvula se abre y hacia dónde va el pistón).
- Mira el diagrama P-V a la vez: verás la curva trazarse por fases y el punto actual moverse. Relaciona «pistón arriba» con «volumen pequeño».
- Sube la relación de compresión (r): observa cómo mejora el rendimiento. Más compresión, más eficiencia.
- Gira el volante a mano o usa el botón de fase para ir tiempo a tiempo.
- Cambia a Diésel con el conmutador Otto | Diésel y compara: la combustión pasa a ser a presión casi constante.
Sube y baja la relación de compresión en el simulador y mira el rendimiento: más compresión → más rendimiento. Por eso los motores buscan comprimir la mezcla todo lo posible (con el límite del picado, en gasolina).
Aprende el tema completo: Máquinas térmicas
En nuestra unidad de Máquinas térmicas (2.º de Bachillerato) tienes el ciclo Otto y el Diésel, el rendimiento, los cálculos del motor y un proyecto, con el simulador y decenas de ejercicios autocorregibles.
Ir a la unidad: Máquinas térmicas →Preguntas frecuentes
¿Cuáles son los 4 tiempos de un motor?
Admisión (entra la mezcla), compresión (se aprieta), explosión o expansión (la chispa la enciende y empuja el pistón) y escape (salen los gases quemados). Son cuatro carreras del pistón y equivalen a dos vueltas del cigüeñal.
¿Cuántas vueltas da el cigüeñal en un ciclo completo?
Dos vueltas completas (720°): cada tiempo ocupa media vuelta del cigüeñal (180°).
¿Cuál es el único tiempo que da fuerza?
El tercero, la explosión o expansión. Los otros tres (admisión, compresión y escape) consumen energía, que el motor toma del volante de inercia y de los demás cilindros.
¿Qué diferencia hay entre un motor de gasolina (Otto) y uno Diésel?
El Otto comprime mezcla de aire y gasolina y la enciende con una bujía; el Diésel comprime solo aire hasta que se calienta muchísimo e inyecta el gasóleo, que se enciende solo, sin chispa.
¿Qué es el ciclo Otto?
Es el ciclo termodinámico ideal que describe el motor de gasolina de 4 tiempos: dos compresiones/expansiones adiabáticas y dos procesos a volumen constante (isócoras). Su rendimiento depende de la relación de compresión.
¿Por qué a más compresión más rendimiento?
Porque comprimir más la mezcla permite aprovechar mejor la energía del combustible en la expansión. Por eso los motores buscan relaciones de compresión altas, con el límite del picado de biela en los de gasolina.
¿Qué es la relación de compresión?
Es cuántas veces se comprime la mezcla dentro del cilindro: r = Vmáx ÷ Vmín. Por ejemplo, 540 cm³ ÷ 60 cm³ = 9, es decir 9:1. Los motores de gasolina rondan 8:1–11:1 y los Diésel 18:1–22:1.
¿Qué diferencia hay entre un motor de 2 tiempos y uno de 4 tiempos?
El de 4 tiempos completa el ciclo en dos vueltas del cigüeñal (admisión, compresión, explosión y escape en carreras separadas); el de 2 tiempos lo hace en una sola vuelta, con más potencia por tamaño pero más consumo y contaminación. Los coches usan el de 4 tiempos.
¿Quieres verlo en movimiento? Abre el simulador del motor y los ejercicios de la unidad de Máquinas térmicas.
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