Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna ãã São máquinas térmicas nas quais a energia química dos combustíveis seSão máquinas térmicas nas quais a energia química dos combustíveis setransforma em trabalho mecânico.transforma em trabalho mecânico.

ãã Podem ser classificadas em:

ãã Quanto a propriedade do gás na admissão:

ãã ar (Diesel)

ãã mistura ar+combustível (Otto)

ãã Quanto à ignição:

ãã por centelha (ICE)

ãã por compressão (ICO)

ãã Quanto ao movimento do pistão:

ãã alternativo (Otto, Diesel)

ãã rotativo (Wankel, Quasiturbine)

ãã Quanto ao ciclo de trabalho:

ãã 2 tempos

ãã 4 tempos

ãã Quanto ao número de cilindros:

ãã monocilíndricos

ãã policilíndricos

ãã Quanto à disposição dos cilindros:

ãã em linha ãã opostos (boxer)

ãã em V ãã em estrela (radial)

ãã Quanto à utilização:

ãã estacionários: geradores, máq. de solda, bombas;

ãã industriais: tratores, guindastes, compressores de ar;

ãã veiculares: caminhões e ônibus;

ãã marítimos: barcos e máquinas de uso naval.

DefiniDefiniçõçõesesPonto morto Superior (PMS) e o Ponto Morto Inferior (PMI): posições em que oêmbolo muda de sentido de movimento, passando pelo seu máximo ou mínimo.

Figura : Curso de um pistão, de acordo com o P.M.S. e o P.M.I.

Cilindrada:Cilindrada: é o volume total deslocado pelo pistão entre o P.M.I. e o P.M.S.,multiplicado pelo número de cilindros, em cm3:

C= [(ππD2/4)].curso .N cil. (cm3) (ver exemplo)

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna

Vantagens: Desvantagens:

�� arranque rápido �� limitação de potência�� trabalho em rotações baixas �� não utilização de combustíveis sólidos�� portabilidade �� peso elevado p/ potência�� fácil manutenção �� elevado número de peças

�� baixa eficiência

Câmara de compressão ou de combustão, volume morto: é o espaço livre que fica acimado pistão quando este se encontra no P.M.S.. É nele que a mistura ar+combustível domotor a gasolina será comprimida e, com a faísca, explodirá, expandindo os gases quemovimentarão o pistão;

ãã A câmara pode estar inserida no cabeçote ou na cabeça dos pistões

ãã Seu volume define a taxa de compressão do motor: quanto < volume, > será essarelação e melhor será o rendimento do motor.

ãã Todos os componentes que atuam em sua formação, ou ao seu redor, influenciamdiretamente em sua eficiência: posição das válvulas, desenho dos dutos, etc.

ãã Octanagem:Octanagem: é a capacidade da gasolina resistir à detonação, ou a sua capacidade deresistir às exigências do motor sem entrar em auto-ignição antes do movimentoprogramado.

ãã A detonação também é conhecida como “batida de pino”

ãã Um combustível de octanagem “n” se comporta como uma mistura de n% deisoctano e (100-n)% de n-heptano

ãã Por convecção: isoctano puro tem octanagem 100

n-heptano puro tem octanagem zero

ãã No Brasil, as gasolinas comum e comum-aditivada têm octanagem 86 e a gasolinaPremium possui maior octanagem, 91.

ãã Comparação entre as propriedades do etanol e da gasolina (ver tabela na apostila).

ãã Taxa de compressão (Relação): relação matemática que indica quantas vezes amistura ar/combustível, ou simplesmente o ar aspirado (Diesel) para dentro doscilindros pelo pistão é comprimido dentro da câmara de combustão antes do início daqueima;

ãã Para um motor a gasolina com taxa de compressão 8:1, o volume aspirado para ocilindro foi comprimido 8 vezes antes que a centelha fosse disparada;

ãã Termodinamicamente, a taxa de compressão é diretamente responsável pelorendimento térmico do motor;

ãã Quanto maior a taxa de compressão, melhor o aproveitamento energético do motor;

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna

Figura : Representação esquemática da taxa de compressão.

ãã Por isso os motores a Diesel consomem menos que os similares a gasolina: com taxasde compressão altíssimas (17:1 nos turbodiesel e 22:1 nos diesel aspirados), geram amesma potência consumindo menos combustível;

ãã Limitações: dificuldade de minúsculas câmaras de combustão

propriedades do combustível

TC=(cilindrada do motor + vol. da câmara de combustão)/vol. da câmara de combustão

TC= (V+v)/v (ver exemplo)

ãã Auto-ignição: Pode ocorrer devido a altas temperaturas na câmara de combustãoou octanagem incorreta do combustível para a taxa de compressão do motor;

ãã Pontos quentes no interior da câmara podem fazer o papel da vela de ignição;

ãã Vela com grau térmico muito alto para a situação requerida pelo motor podetambém ser o motivo da auto-ignição;

ãã Causa perda de potência com risco de superaquecimento ainda maior;

ãã Pode levar à destruição da câmara de combustão e furos na cabeça dos pistões oumesmo sua fusão com o cilindro;

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna

Figura : Peças danificadas por pré-ignição.

ãã Efeitos idênticos ao de motor com ponto de ignição muito adiantado;

ãã Geralmente o maior responsável pela auto-ignição é a carbonização da cabeça dospistões e das câmaras de combustão;

Outras definições e Nomenclatura: na apostila

Princípio de funcionamento dos motores alternativos

Para qualquer motor alternativo:

ãã introduz-se o combustível no cilindro;

ãã comprime-se o combustível, consumindo trabalho;

ãã queima-se o combustível;

ãã expansão dos gases resultantes da combustão, gerando trabalho;

ãã exaustão dos gases

Nos motores a pistão, este ciclo pode completar-se de 2 maneiras:

ãã ciclo de trabalho a 4 tempos

ãã ciclo de trabalho a 2 tempos

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão InternaMotor a 4 tempos:

ãã o ciclo se completa a cada 4 cursos do êmbolo;

ãã um ciclo de trabalho estende-se por 2 rotações da árvore de manivelas, ou seja, 4 cursos do pistão;

ãã Durante os 4 tempos (2 rotações), transmitiu-se trabalho ao pistão só uma vez, osoutros 3 tempos são passivos absorvem energia.

Figura : Motor alternativo ciclo Otto de 4 tempos.

Motor a 2 tempos

ãã combinam em 2 cursos do êmbolo as funções dos motores de 4 tempos;

ãã há um curso motor para cada volta do virabrequim;

ãã motores normalmente sem válvulas;

ãã cárter tem dimensões reduzidas e recebe a mistura ar/combustível e o óleo de lubrificação

Figura : Motor alternativo de 2 tempos..

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão InternaMotor Wankel

Vantagens:Vantagens:

ãã eliminação do sistema biela-manivela, com redução dos problemas de compensação deforças e momentos e vibrações;

ãã menor número de peças móveis ÕÕ construção + simples e menor custo;

ãã maior concentração de potência ÕÕ menor volume e peso;

Problemas:Problemas:

ãã alta rotação: 1ª versão ÕÕ 17.000 rpm

atual ÕÕ em torno de 4.000 rpm

ãã problemas de vedação entre o pistão e o cilindro;

ãã problemas de lubrificação.

çç O motor consta de apenas 1 cilindro, de 2 partes rotativas, árvore com excêntrico, volantes,massas de compensação e o pistão rotativo;

çç Consiste essencialmente em uma câmara cujo formato interno se aproxima da forma de um8.

çç Dentro dela, um rotor + ou - triangular (pistão) gira excentricamente com relação aovirabrequim ou eixo principal do motor

çç As formas destes elementos são tais que enquanto os cantos do pistão estão sempreeqüidistantes das paredes da câmara (formando inclusive uma vedação), elessucessivamente aumentam e diminuem o espaço entre os lados convexos do triângulo (rotor)e as paredes da câmara;

çç Uma mistura injetada numa das câmaras, quando está aumentando de tamanho, serácomprimida na redução subseqüente de volume, enquanto o rotor gira.

çç O ciclo clássico de 4 tempos é reproduzido e as 3 fases do rotor estão em 3 fases diferentes dociclo, ao mesmo tempo.

sanados

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna

Figura : Esquema de funcionamento de motor Wankel.

Motor Quasiturbine

ãã Características: muita potência e menores vibração, consumo e peso;

ãã motor rotativo ainda em desenvolvimento no Canadá;

ãã turbinas geram energia de forma contínua, sem interrupção (360º);

ãã O QT gera energia durante 328º;

ãã um motor normal, de 4 tempos, gera energia apenas 1 vez a cada 2 rotações, e mesmoassim, no máximo por 90 graus;

ãã no Wankel há 1 explosão a cada volta do eixo e no QT há 4; por isso oferece maioruniformidade de torque;

ãã sem virabrequim : eliminação dos problemas de vibrações;

ãã sem válvulas de admissão ou escapamento: número de peças móveis;

ãã torque quase constante ÕÕ rapidez na aceleração, dispensando o volante ÕÕ peso;

ãã não necessita de um cárter de óleo ÕÕ montagem em qualquer posição.

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão InternaFuncionamento:

ãã baixa rotação (5.000 rpm);

ãã para uma mesma potência ÕÕ 30% menos espaço que um motor a pistão;

ãã pode usar vários tipos de combustível: do óleo ÕÕ hidrogênio;

ãã funciona a vapor, ar comprimido e pode ser usado como compressor;

ãã centro vazio ÕÕ pode-se acoplar um gerador elétrico ÕÕ aplicações híbridas;

ãã quando alimentado por um compressor, pode ser convertido de 4 para 2 tempos,duplicando sua potência;

Figura : Esquema de funcionamento do motor Quasiturbine.

Veículos híbridos

ãã Utiliza 2 fontes de energia para se movimentar: uma baseada em um motor elétrico eoutra baseada em um motor térmico (turbina, motor diesel, gasolina, etc).

ãã Vantagens devido a origem elétrica do movimento

ãã frenagem regenerativa;

ãã motor elétrico menor;

ãã diminuição do consumo de até 50%.

ãã diminuição das emissões, com motor térmico de eficiência;

ãã emprego de combustíveis alternativos, devido a grande variedade de motorestérmicos que se pode usar.

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão InternaCélula de combustível

Patente + viável foi depositada em 1998 pela Ballard Power Systems (canadense);

Princípio: extrair as moléculas de hidrogênio dos combustíveis e canalizar somente oselétrons;

Na prática: ãã carro é abastecido c/ gasolina, álcool, metano ou diesel;

ãã combustível é admitido na célula;

ãã elétrons são canalizados e, acumulados, provocam uma descarga elétrica;

ãã esta descarga alimenta o(s) motor(es) do automóvel;

Desafios: ãã custo da membrana que permite a troca de elétrons (PEM);

ãã a reformação do combustível deve ocorrer a temperaturas para otimizar o processo de obtenção de energia elétrica (atualmente ZZ 20ºC);

ãã peso do veículo;

ãã peso dos conjuntos propulsores;

Saindo do papel:

ãã A DAIMLER-CHRYSLER projetaram um veículo (Necar 5) capaz derodar «« 500 ou 600Km com 50 l de metanol armazenados num tanque comum da classe A;

ãã A empresa promete uma versão fuel cell para uso urbano em coletivospara 2004;

ãã A Ford apresentou uma versão para o Focus FCV, que pretende por àvenda em 2004.

Figura: Seqüência de filtragem dos elétrons

em uma célula combustível. A PEM permite

a passagem dos prótons, acumulando elétrons.

ãã Ciclos de PotCiclos de Potêênciancia

Ciclo de Ciclo de CarnotCarnot

ãã Não pode ser objeto de nenhuma realização prática;

ãã Pode ser descrito teoricamente da seguinte forma:

1ª fase: COMPRESSÃO ISOTÉRMICA

Uma massa gasosa é introduzida no cilindro, comprimida à temperaturaconstante, esfriando o cilindro durante esta fase;

2ª fase: COMPRESSÃO ADIABÁTICA

Interrompido o resfriamento do cilindro, continua-se a compressãorapidamente, de modo que não haja troca de calor entre o gás e o cilindro;

3ª fase: EXPANSÃO ISOTÉRMICA

Durante a expansão isotérmica o cilindro exige aquecimento p/ tornar atemperatura constante;

4ª fase: EXPANSÃO ADIABÁTICA

Continuando o repouso, cessa-se o reaquecimento do cilindro para que essafase se efetue sem troca de calor com o cilindro e que a massa gasosaretome o volume e a pressão originais.

Figura : Diagrama p-v para um ciclo de potência de Carnot executado por um gás.

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão InternaO rendimento do ciclo de Carnot depende somente das temperaturas nas quais o calor éfornecido ou rejeitado:

ηηt = 1 - (TL/TH), sendo TH = Temp. da fonte quente em Kelvin

TL = Temp. da fonte fria em Kelvin

Também pode ser expressa em função da pressão, ou taxa de compressão, durante osprocessos isoentrópicos

ηηt = 1 - rPS(1-K)/K = 1 - rVS

(1-K)

CicloCiclo Otto Otto (volume constante) (volume constante)

ãã Considerando que o enchimento e o esvaziamento ocorrem com a pressãoatmosférica, teremos:

1ª fase: COMPRESSÃO ADIABÁTICA

A compressão adiabática leva os gases a uma certa temperatura, contudo insuficientepara provocar a inflamação;

2ª fase: TRANSFORMAÇÃO ISOVOLUMÉTRICA

Introduz-se uma fonte quente para elevar instantaneamente a pressão dos gases(faísca), sem que o pistão tenha tempo de deslocar-se durante essa transformação devolume constante;

3ª fase: EXPANSÃO ADIABÁTICA

Terminada a inflamação, a massa gasosa distende-se de maneira adiabática;

O fim dessa distensão corresponde a uma baixa sensível de pressão;

4ª fase: EXPANSÃO ISOCÓRICA

A abertura do escapamento provoca uma baixa brutal de pressão, que leva o inferiordo cilindro à pressão atmosférica para o pistão na posição de ponto morto (v = cte).

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão InternaCiclo 4 tempos, CicloCiclo 4 tempos, Ciclo Otto Otto

ãã Segue os mesmos passos descritos anteriormente, mas no 1º tempo admite-se umamistura ar/combustível

ãã A combustão é iniciada por uma centelha

ãã A mistura ar-combustível, feita no carburador ou pela injeção eletrônica, épreparada nas seguintes proporções:

ãã 14,8 : 1 - de ar/gasolina (taxa de compressão ≈≈ 9:1)

ãã 9,0 : 1 - de ar/álcool (taxa de compressão ≈≈ 12:1)

Ciclo 2 tempos, CicloCiclo 2 tempos, Ciclo Otto Otto

ãã Utilizados principalmente em motocicletas;

ãã Motores mais simples, com 70-90% de potência a mais que um motor 4 tempos demesma cilindrada;

ãã São mais poluentes por causa da queima de óleo lubrificante que é misturado aocombustível no cárter durante a pré-compressão;

Terminologia de MotoresTerminologia de Motores

ãã Para descrever o desempenho de motores alternativos a pistão usa-se comoparâmetro a pressão média efetiva (pme);

ãã PME é a pressão constante teórica que, se atuasse no pistão durante o curso de potência, produziria o mesmo trabalho líquido que o realmente produzido em um ciclo;

PME = (trabalho líquido p/ um ciclo)/(vol. de deslocamento)

ãã Para 2 motores que apresentam o mesmo volume de deslocamento, o de maior PMEproduziria maior trabalho líquido e, para os motores funcionando na mesmavelocidade, maior potência;

ãã Um estudo detalhado do desempenho de um motor de combustão interna alternativolevaria em conta muitos aspectos;

ãã Devido a esta complexidade, a modelagem precisa desses motores normalmenteenvolve uma simulação computacional;

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Internaãã Uma simplificação considerável é necessária para conduzir análises termodinâmicas elementares de M.C .I.;

ãã Um procedimento consiste em empregar uma análise de ar-padrão c/ os seguintes elementos:

ãã (1) uma quantidade fixa de ar modelado como gás ideal é o fluido de trabalho;

ãã (2) o processo de combustão é substituído por uma transferência de calorde uma fonte externa;

ãã (3) não existem os processos de admissão e descarga como no motor real;

ãã (4) todos os processos são internamente reversíveis;

ãã Além disso, para uma análise de ar-padrão frio, os calores específicos sãoconsiderados constantes nos seus valores para temperatura ambiente;

ãã Com a análise de ar-padrão evitamos lidar com a complexidade do processo decombustão e com a mudança de composição durante a combustão;

ãã Devido a todas essas simplificações, a análise de ar-padrão permite que os M.C.I.sejam examinados apenas qualitativamente;

ãã Ainda assim, noções sobre o desempenho real podem ser obtidos.

Ciclo de Ar-Padrão Ciclo de Ar-Padrão OttoOtto

ãã Trata-se de um ciclo ideal que considera a adição de calor ocorrendoinstantaneamente enquanto o pistão encontra-se no ponto morto superior;

ãã Uma vez que o ciclo ar-padrão Otto é composto de processosinternamente reversíveis, as áreas nos diagramas T-s e p-v podem ser interpretadoscomo calor e trabalho, respectivamente.

Análise do cicloAnálise do ciclo

ãã O ciclo consiste de 2 processos nos quais há trabalho, mas não hátransferência de calor (processos 1-2 e 3-4) e em 2 processos nos quais há transferênciade calor, mas não há trabalho (processos 2-3 e 4-1).

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna

Figura : Diagramas p-v e T-s do ciclo de ar-padrão Otto.

ãã Simplificando o balanço de energia do sistema fechado através da consideração deque as variações de energia cinética e potencial podem ser ignoradas, temos:

W12/m=u2-u1, W34/m=u3-u4

Q23/m=u3-u1, Q41/m=u4-u1

O trabalho líquido do ciclo é expresso por:

Wciclo/m = W34/m-W12/m = (u3-u4)-(u2-u1) ou

Wciclo/m = Q23/m-Q41/m = (u3-u2)-(u4-u1)

ãã A eficiência térmica é a razão entre o trabalho líquido do ciclo e o calor adicionado:

ηη= [(u3-u2)-(u4-u1)]/(u3-u2) = 1 - [(u4-u1) / (u3-u2)]

ãã Usando dados da tabela de ar, os valores das energias internas específicas podem serobtidos da tabela A-22 ou A-22E.

ãã Para os processos isentrópicos 1-2 e 3-4, temos:

vr2=vr1(V2/V1) = vr1/r onde, r = taxa de compressão

vr4=vr3(V4/V3) = r vr3

como V3 = V2 e V4 = V1 => r = (V1 / V2) = (V4 / V3)

ãã O parâmetro vr é tabelado versus a temperatura p/ o ar nas tabelas A-22

ãã para a análise do ciclo ar-padrão frio, podem ser utilizadas as expressões seguintespara os processos isentrópicos:

T2 / T1=(V1 / V2)K-1 = rK-1 K=constante

T4 / T3 =(V3 / V4)K-1 = 1 / rK-1

Efeito da taxa de compressão no Desempenho

ãã No diagrama, pode-se concluir que a eficiência térmica do ciclo Otto aumenta deacordo com o aumento da taxa de compressão;

ãã Aumentando a taxa de compressão, o ciclo muda de 1-2-3-4-1 para 1-2’-3’-4-1, comaumento da temperatura média de calor fornecido no último ciclo, logo, com maioreficiência térmica;

Para a taxa de compressão em uma base de ar-padrão frio, considerando Cy=cte. :

ηη = 1 - [Cy (T4 - T1)/ Cy (T3 - T2)]

ηη = 1 - (T1/T2)[(T4 / T1)-1/(T3 / T2)-1]

ηη = 1 - T1 / T2

já que : T4 / T1 = T3 / T2

ou ainda,

ηη = 1-( 1/rK-1 ), K=cte.

ãã A eficiência térmica do ciclo ar-padrão frio Otto é apenas uma função da taxa decompressão.

Figura : Eficiência térmica de um ciclo ar-padrão frio Otto, com k =1,4.

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna

Ciclo Ciclo DieselDiesel

ãã 1ª fase: compressão adiabática

ãã 2ª fase: compressão isobárica (P=cte)

ãã 3ª fase: expansão adiabática

ãã 4ª fase: baixa de pressão

ãã Este ciclo aplica-se a motores lentos;

ãã Dificilmente realizável em motores de regime elevado: carros leves e veículosindustriais;

ãã Engenheiros o substituíram por um motor de ciclo misto: Diesel + Otto;

ηηT = 1 - (QL/ QH) = 1 - [Cy (TD-TA)]/[CP (TC - TB)] = 1 - [TA(TD/TA-1)]/[kTB(TC/TB-1)]

ãã A razão de compressão isentrópica é > razão de expansão isentrópica;

ãã Características principais:

ãã motor aspira e comprime apenas ar

ãã um sistema de injeção dosa, distribui e pulveriza o combustível em direção dos cilindros, que inflama-se ao entrar em contato com o ar fortemente aquecido pela compressão.

Ciclo 2 tempos, ciclo Diesel

ãã não trabalha com pré-compressão no cárter

ãã carregamento forçado: compressor volumétrico ou ventoinha, sistemade lubrificação semelhante aos motores de 4 tempos;

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna

Figura : Esquema de funcionamento de motor Diesel de 2 tempos.

Ciclo Misto:

ãã Aplica-se aos motores Diesel modernos

ãã No ciclo misto teórico o enchimento e o escapamento efetuam-se à pressãoatmosférica

AB ÕÕ compressão adiabática

BC ÕÕ combustão isovolumétrica (isocórica)

CD ÕÕ expansão isobárica

DE ÕÕ expansão adiabática

EA ÕÕ queda rápida na pressão

Ar-Padrão Diesel

Figura : Diagramas p-v e T-s do ciclo de ar-padrão Diesel.

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Internaãã Observando os diagramas anteriores

ãã 1-2: compressão isentrópica: o calor não é transferido ao fluido de trabalho a volume constante;

ãã 2-3: constitui a 1ª parte do ciclo de potência;

ãã 3-4: expansão isentrópica;

ãã 4-1: rejeição do calor do ar quando o pistão no P.M.I.

ãã No diagrama T- s 2-3-a-b-2: calor fornecido por unidade de massa

1-4-a-b-1: calor rejeitado por unidade de massa

ããNo diagrama p-v: 1-2-a-b-1: trabalho fornecido por unidade de massa durante o processo

2-3-4-b-a-2: trabalho executado por unidade de massa conforme o pistão se move do P.M.S. para o P.M.I.

ãã A área de cada figura é o trabalho líquido obtido, que é igual ao calor líquidoabsorvido;

Análise do Ciclo:

ãã O processo 2-3 envolve tanto trabalho quanto calor:

W23/m = p.dV = p2(V3 -V2)

Q23 -W23 = m(u3 -u2)

ãã Substituindo uma equação na outra:

Q23/m = (u3 - u2) + p(V3 - V2) = (u3 + pV3) - (u2 - pV2)

Q23/m = h3 - h2

ãã O calor rejeitado é dado por:

Q41/m = u4 - u1

ãã A eficiência térmica é a razão entre o trabalho líquido do ciclo e o calor adicionado:

ηη = (Wciclo/m)/(Q23/m) = 1 - [(Q41/m)/(Q23/m)] = 1 - [(u4 - u1)/(h3 - h2)]

ÄÄ2

3

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Internaãã Para uma temperatura T1 e taxa de compressão r, a temperatura no estado 2 é dadapor:

vr2 = (V2/ V1). vr1 = (1/ r). vr1

ãã Para encontrar T3, usa-se a equação de estado de gás ideal, considerando p2=p3:

T3 = (V3 / V2). T2 = rC T2

onde: rC = V3 / V2 = razão de corte

ãã Como V4 = V1, a razão volumétrica para o processo isentrópico 3-4 pode ser expressacomo:

V4 / V3 = (V4 / V2).(V2 / V3) = (V1 / V2).(V2 / V3) = r/ rC

onde r = taxa de compressão

ãã Usando vr3 e T3, a temperatura T4 pode ser achada por interpolação, uma vez que vr4seja determinado da relação isentrópica:

vr4 = (V4/ V3). vr3 = (r/rc). vr3

ãã Para a análise de ar-padrão frio:

T2 / T1=(V1 / V2)K-1 = rK-1 K = constante.

T4 / T3=(V3 / V4)K-1 = (rc/r) K-1

Efeito da taxa de compressão:Efeito da taxa de compressão:

ãã A eficiência térmica do ciclo Diesel aumenta com o aumento da taxa de compressão:

ãã O gráfico a seguir exibe uma comparação entre as eficiências térmicas para os ciclosDiesel e Otto.

Figura : Eficiência térmica do ciclo de ar-padrão frio

Diesel, comparada ao ciclo Otto, k = 1,4.

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão InternaCiclo Ar-Padrão Dual

ãã Diagramas p-v de MCI reais não são bem descritos pelos ciclos Otto e Diesel;

ãã Um ciclo que pode representar melhor as variações de pressão é o ciclo ar-padrãodual;

ãã Processo 1 ÕÕ 2: compressão isentrópica, como nos ciclos Otto e Diesel ãã Processo 2 ÕÕ 3: adição de calor a volume constante; ãã Processo 3 ÕÕ 4: adição de calor a pressão constante adição de calor

primeira parte do ciclo de potência ãã Processo 4 ÕÕ 5: expansão isentrópica ãã Processo 5 ÕÕ 1: rejeição de calor a volume constante, como nos ciclos

Otto e Diesel

Figura : Diagramas p-v e T-s do ciclo de ar-padrão dual.

Análise do ciclo

ãã Como é composto pelo menos de processos que nos ciclos Otto e Diesel, pode-seescrever as expressões apropriadas para trabalho e transferência de calor com base nosdesenvolvimentos anterioresãã Logo no processo 1 ÕÕ 2 não há transferência de calor e o trabalho é:

W12/m = u2 - u1

ãã Para o processo 2 ÕÕ 3, equivalente ao ciclo Otto, onde não há trabalho, mas somenteadição de calor a volume constante:

Q23/m = h3 - h2

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Internaãã No trecho com adição de calor à pressão constante, ou seja, com trabalho e adição decalor, como acontece no ciclo Diesel:

W34/m = p(v4 - v3) e Q34/m = u4 - u3

ãã Durante o processo 4-5, de expansão isentrópica, não há transferência alguma decalor e o trabalho é:

W45/m = u4 - u5

ãã Finalmente, no processo 5-1 de rejeição de calor a volume constante, que envolvetransferência de calor, mas nenhum trabalho:

Q51 = u5 - u1

ãã A eficiência térmica é a razão entre o trabalho líquido do ciclo e o calor totaladicionado:

ηη = (Wciclo/m)/[(Q23/m)+(Q34/m)] = 1 - [(Q51/m)/(Q23/m + Q34/m)]

ηη = 1 - (u5 - u1)/[(u3-u2) + (h4-h3)]