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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 pressão média no cilindro correspondente às várias posições do pistão. A pressão mostrada em um gráfico de pressão média é a pressão média indicada.

O diagrama indicado é o gráfico que representa esse ciclo.

Operação simplificada do indicador

O indicador é um aparelho que serve para obter o diagrama indicado do ciclo de um motor térmico.

No indicador do diagrama indicado, um pequeno cilindro provido de um pistão mantido por uma mola se comunica com a câmara de combustão do cilindro do motor por meio de um tubo. A haste do pistão atua sobre um sistema de alavancas que formam um quadrilátero amplificador. O braço de alavanca mais longo do quadrilátero é fornecido na ponta com um estilete.

O desenho mostrado abaixo mostra esquematicamente, conforme o diagrama indicado pelo indicador é desenhado. O aparelho esquematizado serve para mostrar como um diagrama indicado é obtido, mas não é realizável na prática. Os indicadores são, de fato, dispositivos mais complicados, utilizados por técnicos especializados.

Diagrama de um indicador de ciclos reais em motores térmicos

A pressão do gás 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 desenha, portanto, verticalmente uma linha de comprimento proporcional à pressão que atua no pistão. Como todo o dispositivo indicador é fixado ao pistão do motor, a caneta se move linearmente com ele e sua posição horizontal corresponde em cada ponto à do pistão do motor.

A curva desenhada pelo estilete é, portanto, referida a dois eixos de coordenadas. A abcissa representa os espaços cobertos pelo pistão e, portanto, os volumes. As ordenadas representam as pressões.

Exemplo em motor térmico de ciclo Otto e 4 vezes

Suponha que o motor seja um motor Otto (motor de ignição por chip) e que seja um motor a 4 tempos. Da mesma forma, assumiremos que as condições operacionais são aproximadamente teóricas.

Deslize o pistão do ponto morto superior (PMS) para o ponto morto inferior (PMI) e vice-versa, com a válvula aberta. Assumimos que o pistão não oferece resistência à passagem de gás. A pressão no cilindro permanece a mesma que a pressão atmosférica. Durante esse movimento, a caneta desenha um segmento horizontal AA, de comprimento igual ao curso do pistão. O segmento desenhado representa o diagrama de pressão para a fase de sucção e exaustão.

A válvula é posteriormente fechada durante o curso de compressão. O estilete descreve a curva AB. No final do curso de compressão, a combustão é verificada e, consequentemente, há um aumento repentino de pressão que atrai a linha quase vertical BC para a caneta. Sucessivamente, durante a execução da expansão, a caneta descreve a curva do CD. Pouco antes do final do curso de expansão, a válvula de escape é aberta, a pressão cai para um valor muito próximo ao atmosférico e, portanto, o estilete rastreia o pequeno, quase vertical, recurso DA.

Comparação de dois ciclos reais de motor Otto e motor diesel

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

Comparação do ciclo real do motor Otto e do motor dieselPara 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 no volume Vc da câmara de combustão. De fato, com deslocamento unitário igual Vp, sendo a taxa de compressão do motor diesel maior 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 na fase de sucção e exaustão. A superfície 2 3 4 5 6 2 representa o trabalho positivo. Sua diferença é um trabalho útil. Ao dividir 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 da abcissa, obtém-se o valor da pressão média indicada (pmi).

Se quisermos avaliar a diferença no 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 pelo respectivo ciclo teórico do ar, obtém-se o desempenho indicado.

Autor:

Data de publicação: 26 de março de 2010
Última revisão: 22 de novembro de 2017