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Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel

Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel

O ciclo diesel teórico é o ciclo teórico de um motor diesel, também conhecido como motor de ignição por compressão.

O ciclo teórico de uma máquina térmica é uma aproximação teórica de seu funcionamento para calcular seu desempenho.

O ciclo de um motor de combustão interna é constituído pelas transformações físicas e químicas que o combustível sofre durante sua passagem pelo motor.

O estudo de um ciclo real, levando em consideração todas as inúmeras variáveis, representa um problema muito complexo. Por esse motivo, é comumente simplificado com recurso a abordagens teóricas, baseadas em diferentes pressupostos simplificados.

A diferença fundamental entre o ciclo Otto e o ciclo diesel está na fase de introdução de calor. No ciclo Otto, o calor é introduzido em volume constante, enquanto no ciclo diesel é realizado em pressão constante. Outra diferença entre os dois ciclos está nos valores da taxa de compressão, que varia de 12 a 22 para o motor diesel, enquanto varia apenas entre 6 e 10 para o motor Otto ou motores a gasolina.

Diagrama de ciclo teórico do motor diesel

Ciclo diesel teóricoComo pode ser visto na figura, o ciclo de diesel ideal é composto por quatro linhas térmicas que representam:

  • Compressão adiabática. Sem troca de calor. (1-2); 
  • Introdução de calor a pressão constante (2-3);
  • Expansão adiabática. Sem troca de calor (3-4);
  • Expulsão de calor de volume constante (4-1).

Qual é o desempenho teórico do ciclo de um motor diesel?

    Durante a transformação 2-3 da introdução de calor Q1 a pressão constante, o pistão entra em operação e, portanto, o fluido produz o trabalho:

    Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel 

    Portanto, a equação de energia sem fluxo torna-se

    Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel

    e a entalpia h do fluido é dada pela expressão

    A equação se torna

    Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel

    Como o fluido é um gás perfeito, podemos usar, para sua variação de entalpia em pressão constante, a expressão

    Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel  

    Então, o calor inserido terá o seguinte valor:

    Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel  

    Deve-se notar que em uma transformação com introdução de calor a pressão constante, o valor da entalpia do fluido ativo varia, enquanto no caso de uma transformação em volume constante, o valor da energia interna do fluido varia. Uma vez que a subtração de calor Q2 é realizada como no ciclo de Otto, podemos escrever:

    Q 2 = U 4 -U 1

    e uma vez que o fluido é um gás perfeito e o ciclo é ideal:

    Q 2 = C v (T 4 -T 1 ).

    Portanto, o desempenho térmico ideal do ciclo de diesel teórico é:

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

    Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel 
    expressão completamente análoga àquela encontrada para o desempenho ideal do ciclo teórico de Otto.

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

    Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel  

    Para as transformações adiabáticas de compressão 1-2 e expansão 3-4, temos, respectivamente:

    Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel

     

      Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel

    de onde: 

    e uma vez que são V 4 = V 1   e T 3 / T 2 = V 3 / V 2   , podemos escrever:

    Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel 

    Substituindo esta expressão pelo desempenho térmico ideal, resulta:

    Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel

    indicando com t 'a relação entre os volumes V 3  e V 2  no final e no início, respectivamente, da fase de combustão de pressão constante, à qual daremos o nome de "razão de combustão de pressão constante", e lembrando que

    Ciclo, desempenho e diagrama teórico do motor diesel

     

    finalmente obtemos a expressão da  eficiência térmica ideal do ciclo teórico digamos l:

    Desempenho térmico ideal do ciclo teórico de diesel


    Nessa expressão vemos que ele é, para o ciclo diesel, uma função da razão de compressão, da razão de combustão a pressão constante e da razão k entre os calores específicos.

    As expressões das eficiências térmicas dos ciclos Otto e diesel diferem apenas pelo termo entre parênteses, que é sempre maior que 1, e, portanto, fica claro que com razão de compressão igual ele é maior para o ciclo Otto do que para o diesel ciclo. Ao reduzir t ', ou seja, o calor introduzido a pressão constante, o desempenho he do ciclo diesel se aproxima do ciclo de Otto, com o qual coincide para t' = 1.

    Autor:

    Data de publicação: 10 de dezembro de 2009
    Última revisão: 14 de abril de 2018