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O que é o ciclo Sabathé? Descrição e cálculo do ciclo misto

O que é o ciclo Sabathé? Descrição e cálculo do ciclo misto

O ciclo Sabathé é um ciclo termodinâmico para motores de combustão interna em que a combustão ocorre parcialmente em pressão constante e parcialmente em volume constante. O ciclo Sabathé também é denominado ciclo misto Sabathé, combustão dupla ou pressão limitada ou mista ou Trinkler ou Seiliger.

As condições reais de operação dos motores a diesel diferem acentuadamente daquelas representadas nos ciclos Otto e Diesel ideais. Para motores a diesel, o processo de combustão se aproxima de uma transformação de pressão constante apenas no caso de motores excepcionalmente grandes e lentos. Em condições normais, o diagrama real mostra que a combustão é realizada de acordo com um processo que se aproxima de uma transformação em volume constante e outra em pressão constante.

Pode-se afirmar que, na prática, os ciclos Otto e Diesel têm formas muito próximas, a ponto de poder considerá-los como um caso particular do ciclo misto, em que parte da combustão ocorre em volume constante, e parte, a pressão constante.

Descrição e cálculo do ciclo misto de Sabathé

Neste ciclo, após a fase de compressão adiabática 1-2, ocorre uma fase de combustão de volume constante 2-3. Durante esta fase de combustão a quantidade de calor Q1 'é introduzida e então, como no ciclo Diesel, uma fase 3-4 de combustão a pressão constante, durante a qual a quantidade de calor Q1' 'é introduzida.

Em seguida, seguem-se duas fases sucessivas, a saber: uma, de expansão adiabática 4-5, e outra, de subtração, em volume constante 5-1, da quantidade de calor Q2.

Portanto, a quantidade total de calor introduzido é igual a:

Q 1 = Q 1 '+ Q 1 ' '

Relembrando o anterior, em relação aos ciclos Otto e Diesel, podemos escrever:

Q 1 '= C v  (T 3 -T 2 )

Q 1 '' = C p  (T 4 -T 3 )

Q 2 = C v  (T 5 -T 1 )

Assim, o desempenho térmico ideal do ciclo teórico de Sabathé vale:

h e = (calor fornecido - calor subtraído) / calor fornecido

Ciclo Misto Sabathé

Para a transformação 2-3 de combustão de volume constante, temos:

Ciclo Misto Sabathé

E para a transformação 3-4 da combustão de pressão constante:

Ciclo Misto Sabathé

Ciclo Misto Sabathé

Para as transformações adiabáticas de compressão 1-2 e expansão 4-5 usaremos, respectivamente, as fórmulas 

da qual obtemos:

Ciclo Misto Sabathé

 

Ciclo Misto Sabathé 

 

e onde V 3 = V 2   ; V 5 = V 1

Ciclo Misto Sabathé

Pode ser escrito:

Ciclo Misto Sabathé

Substituindo essas expressões para o desempenho térmico ideal, resulta:

Ciclo Misto Sabathé

Comece com a relação entre a pressão P3 no final e a pressão P2 no início da fase de combustão de volume constante - que chamaremos de "taxa de combustão de volume constante" -, e lembrando que:

Ciclo Misto Sabathé 

 obtém -se a expressão final do  desempenho térmico ideal do ciclo teórico de Sabathé :

Ciclo Misto Sabathé

Conclusões de desempenho do ciclo Sabathé

Na mesma taxa de compressão r, o desempenho do ciclo misto é intermediário entre o ciclo Otto e o ciclo Diesel. Se o calor fornecido a volume constante, ou seja, entre os pontos 2 e 3, for aumentado e o calor fornecido a pressão constante entre os pontos 3 e 4 for reduzido, a eficiência térmica se aproxima da do ciclo de Otto. Se, por outro lado, o calor fornecido a volume constante for reduzido e o correspondente à pressão constante for aumentado, o desempenho do ciclo misto aproxima-se do ciclo Diesel.

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Data de publicação: 31 de março de 2011
Última revisão: 18 de fevereiro de 2020