Análise Comparativa de Ciclos Termodinâmicos: Otto, Diesel e Seiliger, Resumos de Engenharia Mecânica

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MOTORES TERMICOS

Modelos de Ciclos Ideais

Processo geral de comparação

Processo de comparação de Seiliger

Processo de comparação de Otto

Processo de comparação de Diesel

6. Modelos de Ciclos Ideais

 O objectivo dos motores de combustão é o de transformar a maior

quantidade de calor possível em energia mecânica. Com o objectivo de

avaliar a qualidade desta transformação criaram-se diferentes processos

de comparação ou ciclos teóricos.

 Os processos de comparação ou ciclos teóricos dos motores de

combustão interna, são ciclos termodinâmicos através dos quais se pode

comparar processos de motores perfeitos que funcionam com gases reais,

à processos em motores que realmente existem.

Um motor perfeito pressupõe que:

 A geometria do seu motor corresponda a do motor real;  Durante o processo de admissão não sobre no interior do cilindro nenhum gás remanescente;  A relação entre o gás combustível e o ar durante a combustão permaneça constante;  A combustão seja perfeita;  A combustão, quanto à forma e a velocidade da chama ocorra de acordo com a teoria;  As paredes do cilindro sejam adiabáticas, isto é não se deixem atravessar pelo calor;  Não haja perdas mecânicas, nem de fluxo (perdas hidráulicas).

6. Modelos de Ciclos Ideais

Este processo é válido para:

 Gases reais;  Um enchimento perfeito do cilindro com mistura ou gás sob condições de aspiração;  Compressão e expansão isentrópicas;  Combustão que se dá à uma velocidade infinitamente grande e sem troca de calor com o ambiente;  Combustão completa com os produtos na forma de dióxido de carbono, água e nitrogénio, na forma de gás inerte;  Troca de gases feita sem perdas de corrente;  Motores de dois e quatro tempos.

Vo VC

P

V 2 V 3 V 1

Em motores de êmbolo, a taxa de

compressão é a soma do volume do

cilindro Vc e o da câmara de combustão

Vo, dividida por este último.

A taxa de compressão é um elemento

físico-matemático que rege os motores

dos ciclos Otto e Diesel, de 2 e 4

tempos e também dos rotativos, entre

outros. Em todos esses motores, a

compressão interna exerce papel

fundamental no seu rendimento. Em

geral, quanto maior for a taxa de

compressão, maior é o rendimento

termo-mecânico desses motores.

c o o

V V V

  

 Do processo indicado no diagrama pode-se deduzir as seguintes ralações, todas maiores que a unidade.

 Relação de compressão:

    

  

   

  

   

  

   

1

1

1

2

1

6

2

1

1

2 3

1 2

1 k k k T

T P

P P

P v

v v

v  (6.1)

1

2 T 2 

T 1  P 1 P 6

P 5

P 2

isentropica

 Relação de aumento da pressão

1

2

3 2

4 2

3

T

T

P

P

P

P

1

2

T 3  3

T 2 

T 1 

P 2

P 3 P 4

Qe isocorico

isentropica

Vo VC

P

V 2 V 3 V 1

O processo de admissão

de calor é feito

isobaricamente, isto é, a

combustão continua

enquanto o êmbolo

começa a mover-se do

Ponto Morto Superior, em

direcção ao Ponto Morto

Inferior.

Vo VC

P

V 2 V 3 V 1

O processo de

expansão é politrópico

e acontece quando o

êmbolo continua o seu

movimento do Ponto

Morto Superior, até ao

Ponto Morto Inferior.

 Relação de expansão

1

1

1

5

4

1

5

4 4

6 4

5 

k k

T

T

P

P

v

v

v

v

1

2

3

5

4

V 2 V 3

T 3 

T 2 

T 1 

V 4 V 1 V 6 V 5

T 5 

T 4 

P 1 P 6

P 5

P 2

P 3 P 4

Qeisocorico

isentropica

isentropica

(^16)

2

3

5

4

V 2 V 3

T 3 

T 2 

T 1 

V 4 V 1 V 6 V 5

T 5 

T 4 

T 6 

P 1 P 6

P 5

P 2

P 3 P 4

Qsaiisocorico

Qe isobarico

Qe isocorico

isentropica

isentropica

6

5 6

5 T

T P

P   ^ (6.5)

 Relação da pressão final

Vo VC

P

V 2 V 3 V 1

O resto do processo de

rejeição de calor é

realizado

isobaricamente, com o

êmbolo a iniciar o seu

movimento do Ponto

Morto Inferior em

direcção ao Superior.

Este processo geral de comparação, bem como os outros processos todos de

comparação, só são aplicáveis para motores perfeitos. Sendo assim pode-se

escrever que o rendimento perfeito é a relação entre a energia mecânica e a

energia química do combustível.

1

 1   1

  e

s

e

e s per Q

Q Q

Q Q  (6.7)

 O calor fornecido é dado por:

 O calor retirado obtém-se de:

2

Qe Qe,V Qe,P  cvT^3 T 2 ^ cpT^4 T 3 

Q s  Qs,V Qs,P  cvT 5 T 6   cpT 6 T 1 

(6.8)

(6.9)