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Ciclos reais de motores térmicos

Ciclos reais de motores térmicos

O ciclo real de um motor térmico é aquele que reflete as condições efetivas de sua operação. Essas condições são identificadas com o diagrama de pressões médias no cilindro em correspondência às diferentes posições do pistão. A pressão mostrada em um diagrama de pressão média é a chamada pressão média indicada.

O diagrama indicado é o gráfico que representa este ciclo.

Operação simplificada do indicador

O indicador é um dispositivo usado para obter o diagrama indicado de um ciclo térmico do motor.

No diagrama indicador indicado, um pequeno cilindro dotado com um êmbolo retido por uma mola comunica com a câmara de combustão do cilindro do motor por meio de um tubo. A haste do êmbolo actua sobre um sistema de alavancas que formam um amplificador de quadrilátero. O braço mais comprido da alavanca do anel é proporcionado na sua extremidade com um estilete.

O desenho abaixo mostra esquematicamente como o diagrama indicado pelo indicador é desenhado. O aparato esquemático serve para mostrar como um diagrama indicado é obtido, mas não é viável na prática. Os indicadores são, na verdade, dispositivos mais complicados, usados por técnicos especializados.

Esquema de um indicador de ciclos reais em motores térmicos

A pressão dos gases é transmitida através do cilindro. A pressão atua no pistão e, superando a carga da mola, move o pistão para um comprimento proporcional ao valor da pressão. A caneta traça, portanto, verticalmente uma linha de comprimento proporcional à pressão atuando no pistão. Como todo o dispositivo indicador é fixado ao pistão do motor, o estilete se move linearmente com ele, e sua posição horizontal corresponde a cada ponto ao do pistão motor.

A curva traçada pela caneta é, portanto, referida a dois eixos de coordenadas. As abscissas representam os espaços cobertos pelo pistão e, portanto, os volumes. As ordenadas representam as pressões.

Exemplo de um motor térmico ot-cycle de quatro tempos

Suponha que o motor seja um motor Otto (motor de ignição por centelha) e que seja um motor de 4 tempos. Além disso, assumiremos que as condições operacionais são aproximadamente teóricas.

Deslizamos o pistão do ponto morto superior (P.M.S.) até o ponto morto inferior (P.M.I.) e vice-versa, com a válvula aberta. Assumimos que o pistão não oferece resistência à passagem de gás. A pressão no cilindro permanece igual à pressão atmosférica. Durante este movimento, o estilete traça um segmento horizontal A-A, de comprimento igual ao curso do pistão. O segmento desenhado representa o diagrama de pressão para as fases de sucção e exaustão.

A válvula é então fechada durante o curso de compressão. O estilete descreve a curva A-B. No final do curso de compressão, a combustão é verificada e, conseqüentemente, ocorre um aumento repentino na pressão, o que faz com que a linha do estilete fique quase na vertical B-C. Subsequentemente, durante a operação de expansão, o estilete descreve a curva C-D. Pouco antes de terminar o curso de expansão, a válvula de exaustão se abre, a pressão cai para um valor muito próximo da pressão atmosférica e, portanto, o estilete traça a característica pequena, quase vertical, D-A.

Comparação de dois ciclos reais do motor Otto e do motor diesel

Abaixo mostramos a representação de dois ciclos reais típicos do motor Otto e do motor diesel de deslocamento unitário igual.

Comparação de ciclo real do otomotor e do motor diesel Para facilitar a comparação entre os dois ciclos reais, os diagramas foram desenhados sobrepostos. O eixo das pressões para o ciclo Otto, como conseqüência da diferença de volume Vc da câmara de combustão. De fato, com deslocamento unitário igual Vp, a taxa de compressão do motor a diesel é maior do que a do motor Otto, o volume Vc da câmara de combustão é menor.

A superfície 1 2 6 1 '1 representa o trabalho negativo devido ao bombeamento nas fases de sucção e exaustão. A superfície 2 3 4 5 6 2 representa um trabalho positivo. Sua diferença é um trabalho útil. Dividindo a área correspondente ao trabalho útil realizado pelo fluido, pelo comprimento do curso, ou pelo deslocamento Vp de acordo com a escala escolhida para o eixo das abscissas, obtém-se o valor da pressão média indicada (pmi).

Se quisermos avaliar a diferença de trabalho útil entre o ciclo teórico e o ciclo indicado, estabeleceremos a relação comparativa entre as superfícies correspondentes. Ao dividir a superfície do ciclo indicado pela respectiva do ciclo de ar teórico, obtém-se o rendimento indicado.

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Última revisão: 22 de novembro de 2017