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Aula 12 – Ciclo Otto e Ciclo

Diesel



Ciclo de Potência dos Motores

Alternativos

Deslocamento de todos cilindros:

Taxa de compressão:

V desl=N ciclo (V max−V min )=N ciclo AcicloS

rv

=V max

V min




Alternativos

Exaustão

Exaustãoadmissão

Exaustão

Injeção de combustívelu vela de i!nição

Trabal"o lí#uido especí$ico:

w liq=∮ Pdv=Pmef (vmax−vmin)




Alternativos

%iclo &ec'nico ( %iclo Termodin'mico



Ciclo Otto

&istura ar)combustível é i!nitada por centel"a *plicaç+es até ,-./0 1 autom2veisProblema comum: Detonação 3 limita a ra4ão de

compressão possível



Ciclo Otto

%iclo Termodin'mico 5internamente reversível6



Ciclo Otto

7endimento térmico:

η térmico=Q

H −Q L

Q H

=(u3−u2 )−(u4−u1)(u3−u

2 )

ηtérmico=1−(u4−u1 )(u3−u

2)=1−

T 1

T 2

C v(T 4T 1−1)

C v

(T

3

T 2−1

)η térmico=1−

1

rv −1

T 2

T 1=(V 2V 1 )

−1

=rv −!

T 4

T 3=

(V 3

V 4 ) −1

=

1

r v −1

ent"o :

T 3

T 4

=T 2

T 1

T 3

T 2=T 4

T 1



Ciclo Otto

7endimento térmico x Taxa de compressão



Ciclo Otto



Ciclo Diesel

*r é comprimido até pressão alta o su$icientepara auto1i!nitar o combustível

%ombustível é injetado no $inal do processo de

compressão do ar89ormalmente tem rendimento térmico mel"or#ue o tto e por isso usado para aplicaç+espesadas8



Ciclo Diesel

I!nição por %ompressão 3 $ornecimento de calor5injeção de combustível6: ,1



Ciclo Diesel

Pela e#uação da ener!ia temos:

rendimento do ciclo Diesel é dado por:

q H =u #−u2+ 2w3 =u #−u2$P% (v3−v2) =& #−&2

ηtérmico=1−T 1

T %(T 4

T 1−1

)(T 3T 2

−1)



Ciclo Diesel

rendimento é dado por: Processo 2−3:

u3−u

2=

2q

3−

2w

3

2w3=' (v 2−v3 )

Usando a taxa de compressão e T; < temos:

T 3=V

3

V 2

T 2=r

cT

2

rc

=V

3

V 2nde: = c"amado de ra4ão de corte8

Desde #ue: V 4=V

! < a relação isentr2pica no processo 1> pode ser expressada desta $orma:

V 4

V 3

=V

4

V 3

V 2

V 2

=V

4

V 2

V 2

V 3

sa(endoqueV !=V

)

V 1

V 2

V 2

V 3

=r

rc

η térmico=*

liq/m

2 Q3/m =1−

4Q 1/m

2 Q3 /m=1−

(u4−u1 )(&3−&

2)

vr 2=V 2

V 1

vr 1=1

rv r1



Ciclo Diesel

Usando a relação anterior:

T 2

T 1=(V 1V 2 )

−1

=r −!

Sabendo #ue:

vr 4=V

4

V 3

vr3=r

rc

vr3

T 4

T 3

=(V 3V 4 )

−1

=(r c

r ) −1

u1−u2=C v (T 4−T 1)e

&3−&

2=C

' (T 3−T 2)

e

substituindo na e#uação do rendimento:

ηtérmico=1−C

vT

1

C 'T 2

(T 4T 1−1)

(T 3T 2

−1)=1−

1

r −1 [rc −1

(r c−1) ]



Ciclo Diesel



Ciclo Otto x Ciclo Diesel



Exercício – Ciclo Otto

Exemplo ;.8?− * relação de compressão num ciclo padrão a ar tto é

;.8 9o início do curso de compressão< a pressão éi!ual a .<;&Pa e a temperatura é ;-@%8 Sabendo #uea trans$erAncia de calor ao ar< por ciclo é i!ual;B../C)/! de ar< determine:

− ;8 * pressão e a temperatura no estado $inal de cadaprocesso do ciclo8

− ,8 rendimento térmico− 8 * pressão média e$etiva8




Estado ;

&odelo: !s ideal com calor especi$ico

constante e avaliado a .. *nlise: E#uação da entropia para o processode compressão ;1,

*ssim:

E

P1=0,1 +Pa T

1=288,2 ,

s2=s

!

T 2

T 1

=

(

V 1

V 2

)

−1 P2

P1

=

(

V 1

V 2

)




Primeira Fei da termodin'mica

Se!unda Fei da termodin'mica para o processode expansão 1>

*ssim:

E

q H =2 q3=u #−u2=cv (T 3−T 2 )

s4=s #

T 3

T 4=(V 4V 3 )

−1 P3

P4

=(V 4V 3 )




Também

E

Solução:

η térmico=1−1

rv

−1 Pmef =wliq

v1−v

2

T 2=T !r v −1

=288,2×10

0,4

=723 ,

P2=P!r v

=0,1×10

1,4=2512 +Pa

v1=0,287×288,2

100=0,827m ³ /-

V 2=0,827

10=0,0827m

3/ -




Portanto:

Portanto:

2 q3=cv (T 3−T 2)=1800 . /-

T 3=T %+ 2

q3/C v T 3−T 2=

1800

0,717=2510 ,

T 3

=3234 ,

T 3

T 2

= P

3

P2

=3234

723,9=4,467 Portanto: P

3=11,222 +Pa

T 3T 4

=

(V 4V 3 )

−1

=100,4=2,51 PortantoT )=1287,5 ,

P3

P4

=

(

V 4

V 3

)

=101,4=25,12 PortantoP)=0,4467 +Pa




Geri$icando o valor:

ηtérmico=1−1

rv

−1=1−

1

100,4=0,602=60,2

Geri$icando o valor:

4 q1=cv (T 1−T 4 )=0,717 (288,2−1287,5 )=−716,5. /-

ηtérmico=1−716,5

1800=0,602=60,2

wliq=1800−716,5=1083,5. /-

Pmef =w

liq

v1−v

2

= 1083,5

(0,827−0,0827 )=1456 Pa



Exercício – Ciclo Diesel

Exemplo ;,8BUm ciclo padrão a ar Diesel apresenta relaçãode compressão i!ual a ,. e o calor trans$erido

ao $luido de trabal"o< por ciclo< é ;B../C)/!8Sabendo #ue no início do processo decompressão< a pressão é i!ual a .<;&Pa e atemperatura é ;- @%< determine:− ;8 * pressão e a temperatura em cada ponto do ciclo8− ,8 rendimento térmico− 8 * pressão média e$etiva




Estado ;

&odelo: !s ideal com calor especi$ico

constante e avaliado a .. *nlise: E#uação da entropia para o processode compressão ;1,

*ssim:

E

P1=0,1 +Pa T

1=288,2 ,

s2=s!

T 2

T 1

=

(

V 1

V 2

)

−1 *ssim:

E

P2

P1

=

(

V 1

V 2

)




Primeira Fei da termodin'mica para o processo,1q H =2 q3=c ' (T 3−T 2)

Se!unda Fei da termodin'mica para o processode expansão 1>s4=s #

*ssim:

T 3

T 4=(V 4V 3 )

−1




Também

E

ηtérmico

=wliq

q H

Pmef =wliq

v1−v

2

E

Solução:

v1=0,287×288,2

100=0,827m ³ /-

v2=v1

20=0,827

20=0,04135m ³ /-

T 2

T 1=

(

V 1

V 2

)

−1

=200,4=3,3145 → T 2=955,2 ,




P2

P1

=(V 1V 2 )

=201,4=66,29 → P2=6,629 +Pa

q H =2 q3=c ' (T 3−T 2)=1800 . / -

T 3−T 2=1800

1,004=1793 , Portanto : T 3=2748 ,

V 3

V 2=

T 3

T 2=

2748

955,2=2,8769 Portanto : v3=0,11896m3

/-

T 3

T 4

=(0,8270,11896 )0,4

=2,1719 Portanto : T 4=1265 ,




ηtérmico

=w

liq

q H

=1099,6

1800=61,1

Pmef =w

liq

v1−v

2

= 1099,6

(0,827−0,04135 )=1400 Pa

q L=1 q4=cv (T 1−T 4 )=0,717 (288,2−1265 )=−700,4 . /-

wliq=1800−700,4=1099,6. / -

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