Nesta seção, faremos uma comparação entre os três ciclos teóricos dos motores térmicos. Vamos comparar no ciclo Otto, com o ciclo Diesel e com o ciclo misto Sabathé.
Para comparar os ciclos mencionados, é necessário tomar como referência alguns dos fatores cujo valor depende da forma e da superfície do motor, como: taxa de compressão, pressão máxima, quantidade de calor fornecida, calor subtraído e trabalho útil
Na figura a seguir, as curvas das variações ideais de eficiência térmica foram desenhadas variando a taxa de compressão para os três ciclos: Otto, Diesel e Sabathé. Para os ciclos Diesel e Sabathé, uma taxa de combustão de pressão constante igual a 2 foi escolhida.
Como visto na figura, os rendimentos térmicos dos ciclos teóricos aumentam à medida que a taxa de compressão aumenta. Para um determinado relacionamento desse tipo, o ciclo Otto oferece desempenho superior, enquanto o ciclo Diesel resulta em desempenho inferior. No entanto, deve-se considerar que, para motores a diesel, a taxa de compressão varia entre 14 e 22. Por outro lado, para os motores de ignição comandada, a taxa de compressão geralmente não excede o valor de 10, a fim de evitar detonação
Portanto, o motor diesel tem uma eficiência térmica mais alta que o motor Otto .
Comparação correspondente à taxa de compressão e ao calor fornecido
Na segunda figura, os três ciclos teóricos são comparados nas coordenadas PV (pressão - volume) e TS (temperatura - entropia). Neste estudo, a taxa de compressão e a quantidade de calor fornecida são equalizadas. Todos os ciclos começam na mesma condição 1 e têm a mesma compressão adiabática de 1 a 2.
Para que a quantidade de calor fornecida seja a mesma nos três casos, as superfícies nas coordenadas TS, 2 '' 3 '' 5 '' 6 2 2 '', 2 3 '5' 6 2 e 2 3 5 6 2 deve ser o mesmo.
Considerando que o calor é subtraído no mesmo volume específico, de acordo com a linha de transformação entre os estados 4 e 1, a quantidade de calor subtraído é representada, para cada ciclo, pela própria superfície abaixo da linha 4-1 no Diagrama de TS. Como o calor fornecido é o mesmo para cada ciclo, verifica-se que o ciclo teórico com maior eficiência térmica é aquele em que menos calor é subtraído. Nesse caso, é o ciclo Otto, para o qual a superfície que representa a quantidade de calor subtraída é definida nas coordenadas TS pelos pontos 4 5 6 1 4.
Note-se que a pressão e temperatura máximas no ciclo Otto são muito mais altas do que nos outros dois ciclos. Embora essa comparação seja puramente teórica, ela serve para demonstrar que o ciclo que proporciona a maior expansão do fluido após a fase de introdução de calor é o mais alto desempenho.
Indicam para os vários ciclos com r E razão entre os volumes para o final do curso de expansão e no final do passo de introdução de calor.
Para o ciclo Otto, verifica-se:
enquanto no ciclo Diesel temos:
Conclusões da comparação dos ciclos teóricos
Podemos, portanto, admitir a taxa de expansão assim definida como o índice de desempenho do ciclo.
Na figura à esquerda, a comparação entre os ciclos teóricos Otto, Diesel é feita com pressão igual e quantidade máxima de calor fornecida. Nessas condições, as superfícies 2 3 5 6 2 e 2 '3' 5 '6' 2 'devem ser iguais.
O ciclo Diesel é aquele em que a menor quantidade de calor é subtraída e, como a superfície que representa o calor subtraído é 4 5 6 1 4, segue-se, portanto, que nessas condições o ciclo Diesel é aquele com o melhor desempenho.
Também neste caso é evidente que o ciclo que permite a maior expansão do fluido após a combustão é o de maior eficiência térmica.
