Ciclo Diesel

7/17/2019 Ciclo Diesel

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Sistemas Fluidotérmicos

Ciclo Diesel

(Motores de ignição

espontânea)

Motor diesel CRD de injeção direta de 2,7

litros, Jeep Grand Cherokee 2003Profa. Dra. Simoni M. Gheno

Ciclo Diesel

Em 1892 Rudolph Diesel idealizou um novomotor com ignição espontânea, chamado atéhoje de motor Diesel.

Combustível Diesel

Contém grande quantidade de hidrocarbonetoscom ponto de ebulição que variam de 180oC a370oC. Ele é o produto da destilação graduada deóleo cru. As refinarias adicionam produtoscraqueados, derivados do óleo pesado atravésdo craqueamento (quebra) das moléculas para aconversão ao combustível Diesel cru.

(Bosch, Manual de Tecnologia Automotiva, tradução da 25ª edição alemã, Ed.Edgard Blücher, 2005 ).

Profa. Dra. Simoni M. Gheno



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Ciclo Diesel

Motor Diesel

É um motor com pistão alternativo com formação interna demistura e auto-ignição.Durante o tempo de compressão o ar (admitido) é comprimido para30....55bar em motores aspirados normais, ou 80...110bar (motoressobrealimentados) de modo que a temperatura aumente para700oC....900oC. Essa temperatura é suficientepara produzir a auto-ignição no combustível injetado nos cilindros pouco antes do finaldo tempo de compressão, quando o pistão atinge o ponto mortosuperior (PMS, ou TDC – centro morto superior).

(Bosch, Manual de Tecnologia Automotiva, tradução da 25ª edição alemã, Ed.

Edgard Blücher, 2005 ).Profa. Dra. Simoni M. Gheno

Ciclo Diesel

Motor Diesel

Comportamento da pressão no ciclo Diesel

Admissão

Compressão

Injeção

Explosão e

Expansão

Descarga




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Ciclo Diesel

Tempo Posição dasválvulas

Variação da Pressão Processo

A D

Admissão A F Pressão constante. igual a pressão

atmosférica

a – b

Compressão F F A pressão aumenta de forma progressiva até

o PMS, adiabaticamente

b – c

Injeção F F Injeção à pressão constante (supostamente

instantânea)

c – d

Explosão e

Expansão

F F A pressão diminui de forma progressiva até

o PMI, adiabaticamente

d – e

Descarga F A A pressão diminui de forma brusca a volume

constante (supostamente instantânea)

e – b

F A A pressão se iguala a Patm b - a


DIFERENÇAS ENTRE O CICLO

OTTO E O CICLO DIESEL

Sob o ponto de vista mecânico

Não existem grandes diferenças entre esses dois tipos demotores. Destaca-se a resistência mecânica dos componentesque é bem maior nos motores a Diesel pois estão expostos amaiores esforços

(Bosch, Manual de Tecnologia Automotiva, tradução da 25ª edição alemã, Ed.Edgard Blücher, 2005 ).Profa. Dra. Simoni M. Gheno



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DIFERENÇAS ENTRE O CICLO

OTTO E O CICLO DIESEL

Sob o ponto de vista termodinâmico

(Bosch, Manual de Tecnologia Automotiva, tradução da 25ª edição alemã, Ed.

Edgard Blücher, 2005 ).

Ciclo Otto Ciclo Diesel

a mistura é introduzida na fase deadmissão na correta proporção arcombustível

admissão somente de ar

início da combustão se dá pela injeção deuma faísca de alta tensão lançada pelavela de ignição,

injeção do combustível finamentepulverizado

Taxa de compressão varia de 8 a 12 Taxa de compressão varia de 14 a 23

Maiores rotação que o Diesel A introdução do combustível no finalda compressão, não disponibilizatempo suficiente para a ocorrência deuma combustão completa


Ciclo Diesel

Rendimento () - pode sercalculado considerando-se aquantidade de calorintroduzido (Q cd) e aquantidade de calor retirado(Q eb) do sistema

mQ

mQ

-1

mQ

mQ

mQ

mQ

mW

cd

eb

cd

ebcd

cd

ciclo

beeb

cdcd

uuQ

hhQ




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Ciclo Diesel

Taxa de compressão (r)

rc

rb

c

b

v

v

v

v r

Razão de corte (rc ):razão entre o volume antese depois do o processode combustão

b

c

b

c

T

T

v

v

cr


Ciclo Diesel

Pressão média efetiva

)

V

V1(V

W

VV

W me

1

21

ciclo

21

ciclo

P

1

11

P

RT V




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Ciclo Diesel

Quando o ciclo Diesel é analisado em uma base de ar-padrão frio,as seguintes expressões devem ser utilizadas para o processoisentrópico

cte)(k r V

V

T

T 1-k

1-k

c

b

b

c

c

dc

c

1-k 1-k

e

d

d

e

VV

r

:cortederazãoaér

compressãodetaxaaér

cte)(k

r V

V

T

T

c

r

v

p

c

ck


ExemploUm projeto de motor de combustão interna a diesel de ar padrão indica que apressão e a temperatura no início da compressão são 95kPa e 300K,respectivamente. Ao final da adição de calor, a pressão é 7,2MPa e atemperatura 2150K. Determine:a) taxa de compressãob) razão de corte

c) eficiência térmica do ciclod) pressão média efetiva, em kPa




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Exemplo

Determinando as propriedades em cada ponto:

Ponto 1: T1=300K, P1=95kPaCom esses dados extraímos da tabela as propriedades:u1=214,07kJ/Kg, vr1=621,2, Pr1=1,3860

Ponto 2: Podemos agora calcular Pr2:

Com o valor de Pr2 podemos calcular as proriedades do ponto 2:T2=979,6K, vr2=26,793, h2=1022,82kJ/Kg

04,10595

72003869,1

P

PPP

1

2r1r2


Exemplo

Ponto 3: T3=2150K, P1=7200kPaCom esses dados extraímos da tabela as propriedades:h3=2440,37kJ/Kg, vr3=2,175

Ponto 4:

6,102150

979,6.

26,793

621,2

T

T.

v

v

T

T.

v

v

v

v.

v

v

v

v

3

2

r2

r1

3

2

2

1

3

2

2

1

3

4

98,22v.v

vv r3

3

4r4

Com esses dados extraímos da tabela as propriedades:T4=1031K e u4=785,75kJ/Kg




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Exemplo

(a) Razão de compressão19,23

26,795

621,2

v

v

v

v

r2

r1

2

1 r

(b) Razão de corte

19,2979,6

2150

T

T

v

v

2

3

2

3 cr

(c) Eficiência térmica

)h()u()h(

mQ

m

W

23

1423

cd

ciclo

h

uh

59,7%ou0,597)82,1022440,32(

)07,21485,757()82,1022440,32(


Exercício

Considere então um problema atual do ciclo diesel de ar padrão cujascondições no início da compressão são fixadas por P1=200kPa, T1=380K. Ataxa de compressão é 20 e a adição de calor por unidade de massa é900kJ/Kg. Considere a expansão isentrópica V4/V3=12,08. Determine:a) temperatura máxima, em K (Resposta: 1879,5K)b) razão de corte (Resposta: 1,66)

c)trabalho líquido por unidade de massa, em kJ/Kg (Resposta: 543,5kJ/kg)d) eficiência térmica (Resposta: 0,604)e)pressão média efetiva (Resposta: 1049kPa)Utilize a Tabela a seguir para auxiliá-lo a resolver o problema.

T (K) h (kJ/Kg) u (kJ/Kg) S (kJ/Kg.K) Pr vr

380 380,77 271,69 1,94001 3,176 343,4

840 866,08 624,95 2,77170 57,60 41,85

860 888,27 641,40 2,79783 63,09 39,12

1120 1184,28 862,76 3,09825 179,7 17,886

1140 1207,57 880,35 3,11883 193,1 16,946

1850 2065,3 1534,9 3,7023 1475 3,601

1900 2127,4 1582,6 3,7354 1655 3,295Profa. Dra. Simoni M. Gheno



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)V

V1(V

W

VV

W me

1

21

ciclo

21

ciclo

P

1

11

P

RT V

R=8,314kJ/KgK


Diferenças fundamentais entre motores

Ciclo Otto e Ciclo Diesel




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Introdução do Combustível

Ciclo OttoMistura é introduzida já homogeneizada edosada

Exceção: motores de injeção direta decombustível (GDI)

Ar é admitido e a injeção do

combustível é feitadiretamente no interior docilindo


Introdução do Combustível

Ciclo Diesel (MIE)Admite-se apenas o ar

Combustível é injetado finamente pulverizado aofinal da compressão

Faz com que seja necessárioum sistema de injeção deelevada pressão




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Ignição

MIFIgnição é provocadapela faísca (necessitade um sistemaelétrico para produzí-la

MIECombustão ocorre

por autoignição(contato do ar quente

com o combustível)


Taxa de Compressão

MIFRelativamente baixas

para não provocar aautoignição

MIEAlta o suficiente para

ultrapassar atemperatura deautoignição do

combustível (TAI)


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