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Ciclos teóricos

Ciclos teóricos

Ciclos teóricos são aproximações aos ciclos reais. Eles servem para estudar o desempenho de um motor. Em um ciclo real, há tantas variáveis ​​que afetam a eficiência do mecanismo que seria impossível realizar cálculos exatos. No entanto, ciclos teóricos nos permitem fazer aproximações muito confiáveis.

Para os ciclos dos motores endotérmicos, as aproximações mais usadas em ordem de aproximação às condições reais são três:

  • Ciclo real ou indicado, medido empiricamente.
  • Ciclo do ar
  • Ciclo ar-combustível

Nestes ciclos teóricos, os ciclos reais são comparados na prática. Os ciclos reais são obtidos experimentalmente através 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 o estudo termodinâmico de motores de combustão interna. Especialmente para entender o quanto as condições operacionais influenciam seu uso e comparar diferentes tipos de motores entre si.

Pressupostos dos ciclos teóricos

Os ciclos teóricos também podem ser chamados de ciclos ideais, pois são calculados assumindo que as condições de operação são ideais, conforme detalhado abaixo.

Nos ciclos teóricos (ou ideais), supõe-se que o fluido operacional seja constituído pelo ar e se comporte como um gás perfeito. Portanto, os valores de aquecimentos 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 ºC;
CV = 0,172 Ca / kg ºC;

Onde acontece:
Ciclos teóricos

Também assumimos que no ciclo teórico (ou ideal) as fases de introdução e subtração do calor têm uma duração bem determinada, dependendo do tipo de ciclo (Otto, diesel, sabathé) e no outro fases, não há perdas de calor.

Com essas hipóteses, os valores máximos de temperatura e pressão, bem como o trabalho e a eficiência térmica calculados para o ciclo teórico (ou ciclo ideal), são maiores do que os correspondentes aos outros tipos de ciclos.

O ciclo teórico (ou ciclo ideal) representa o limite máximo que o motor pode atingir teoricamente e permite um estudo matemático fácil com base nas leis dos gases perfeitos.

Ciclo do ar

No ciclo do ar, o fluido operacional também é o ar, mas pressupõe-se que aquecimentos específicos variem ao longo da faixa de temperatura em que é operado.

As condições de introdução e subtração de calor são iguais às do ciclo ideal e também não há perda de calor. Como o cálculo das variáveis ​​termodinâmicas da média de aquecimento específico 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 de transformações isentrópicas do ar. Considerando as variações de calor específico, são obtidos valores para temperaturas e pressões máximas inferiores aos calculados para o ciclo ideal; portanto, o trabalho e a eficiência térmica também diminuem. No entanto, eles são ainda maiores do que aqueles que correspondem a um ciclo real.

Ciclo ar-combustível

Entre todos os ciclos calculados, o ciclo de ar-combustível é o mais próximo do ciclo real. No motor de ignição comandada (Otto ciclo), o fluido é composto, durante a fase de aspiração, pela mistura e pelos gases residuais da combustão anterior. No motor de ignição por compressão, é formado por ar e gases residuais. Depois da combustão, o fluido é constituído por produtos da mesma, isto é, 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 mangas específicas. Este aumento é devido à dissociação ou decomposição química das moléculas mais leves submetidas à ação de altas temperaturas. O aumento de aquecimentos específicos, bem como a dissociação que, como reação endotérmica, absorve uma parte do calor da combustão, produz uma subsequente diminuição da temperatura e da pressão máxima em comparação com as calculadas para o ciclo do ar.

Para calcular o ciclo do ar-combustível, são utilizadas tabelas contendo dados obtidos experimentalmente. Mesmo para este ciclo, admite-se não apenas que o calor seja introduzido e subtraído instantaneamente, como no ciclo ideal, mas que não ocorram perdas de calor.

Ciclo real de motores endotérmicos

O ciclo real é obtido experimentalmente. O ciclo real é realizado por meio de vários dispositivos indicadores, capazes de registrar o diagrama de pressão de acordo com os volumes, em um cilindro de motor em funcionamento. 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 de ciclos ideais - perdas de calor, duração de combustão, as perdas causadas pelo atrito do fluido, a duração do tempo de abertura das válvulas, o tempo de ignição, bem como a injeção e as perdas dos escapamentos.

Referências

Autor:

Data de publicação: 10 de dezembro de 2009
Última revisão: 16 de fevereiro de 2020