Os ciclos teóricos são aproximações dos ciclos reais. Eles são usados para estudar o desempenho de um motor. Em um ciclo real, existem tantas variáveis que afetam a eficiência do motor que seria impossível fazer cálculos exatos. No entanto, os ciclos teóricos nos permitem fazer aproximações muito confiáveis.
Para os motociclos endotérmicos, as aproximações mais utilizadas em ordem de aproximação às condições reais são três:
- Ciclo real ou ciclo indicado, medido empiricamente.
- Ciclo de ar
- Ciclo ar-combustível.
Esses ciclos teóricos são comparados na prática com os ciclos reais. Os ciclos reais são obtidos experimentalmente por meio dos indicadores. O uso desses indicadores é a razão pela qual os ciclos reais também são chamados de ciclos indicados.
Os ciclos teóricos não são idênticos aos ciclos reais, mas são uma ferramenta muito útil para estudar termodinamicamente os motores de combustão interna. Principalmente para entender o quanto as condições de operação influenciam no seu uso e para comparar diferentes tipos de motores entre si.
Suposições de ciclos teóricos
Os ciclos teóricos também podem ser chamados de ciclos ideais, uma vez que são calculados assumindo que as condições de operação são ideais conforme detalhado a seguir.
Em ciclos teóricos (ou ciclos ideais), assume-se que o fluido de trabalho é constituído por ar e que se comporta como um gás perfeito. Por este motivo, os valores dos calores específicos são considerados constantes e iguais aos do ar em condições como 15º de temperatura e 1 atmosfera de pressão:
Cp = 0,241 Ca / kg ° C;
Cv = 0,172 Ca / kg ° C;
Onde resulta:
Também assumimos que no ciclo teórico (ou ciclo ideal) as fases de introdução e subtração de calor têm uma duração bem determinada, dependendo do tipo de ciclo (ciclo Otto, ciclo diesel, ciclo do sábado), e que nas demais fases aí não há perdas de calor.
Com estes pressupostos, os valores máximos de temperatura e pressão, bem como a eficiência de trabalho e térmica calculados para o ciclo teórico (ou ciclo ideal), são superiores aos correspondentes aos restantes tipos de ciclos.
O ciclo teórico (ou ciclo ideal) representa o limite máximo que o motor pode teoricamente atingir e permite um fácil estudo matemático baseado nas leis dos gases perfeitos.
Qual é o ciclo de ar de uma máquina térmica?
No ciclo de ar, o fluido operacional também é ar, mas os calores específicos são considerados variáveis em toda a faixa de temperatura em que opera.
As condições de introdução e retirada de calor são as mesmas do ciclo ideal e não há perdas de calor. Como o cálculo das variáveis termodinâmicas dos calores específicos médios é complicado, são utilizadas tabelas que fornecem diretamente os valores de calor e trabalho. Esses valores de energia são em termos de energia interna e entalpia para os vários pontos das transformações isentrópicas do ar. Levando em consideração as variações de calores específicos, obtêm-se valores inferiores aos calculados para o ciclo ideal para temperaturas e pressões máximas; conseqüentemente, o trabalho e a eficiência térmica também diminuem. No entanto, eles ainda são maiores do que aqueles que correspondem a um ciclo real.
Ciclo de ar-combustível em um motor térmico
Entre todos os ciclos calculados, o ciclo ar-combustível é o mais próximo do ciclo real. No motor de ignição comandada (ciclo Otto), o fluido é composto, durante a fase de sucção, pela mistura e pelos gases residuais da combustão anterior. No motor de ignição por compressão, é composto de ar e gases residuais. Após a combustão, o fluido é formado por seus produtos, ou seja, uma mistura de CO 2 , CO, H 2 O, N 2 .
Esses gases têm um calor específico médio ainda maior que o do ar; mas, além disso, há um aumento subsequente em calores específicos. Esse aumento se deve à dissociação ou decomposição química das moléculas mais leves submetidas à ação de altas temperaturas. O aumento dos calores específicos, bem como a dissociação que, sendo uma reação endotérmica, absorve uma parte do calor da combustão, produz uma diminuição subsequente da temperatura e da pressão máxima em relação às calculadas para o ciclo do ar.
Tabelas contendo dados obtidos experimentalmente são utilizadas para calcular o ciclo ar-combustível. Mesmo para este ciclo admite-se não apenas que o calor seja introduzido e subtraído instantaneamente, como no ciclo ideal, mas que não ocorra nenhuma perda de calor.
Qual é o ciclo real dos motores endotérmicos?
O ciclo real é obtido experimentalmente. O ciclo propriamente dito é realizado por meio de vários dispositivos indicadores, capazes de registrar o diagrama de pressões em função dos volumes, em um cilindro de força de trabalho.
O diagrama indicado reflete as condições reais do ciclo e, portanto, também leva em consideração - além das variações já indicadas para o ciclo do ar e para o ciclo ar-combustível na comparação dos ciclos ideais - as perdas de calor, a duração combustão, as perdas causadas pela fricção do fluido, a duração do tempo de abertura da válvula, o tempo de ignição, bem como o tempo de injeção e as perdas de escape.