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Cámara de combustión
Motor térmico de cilco Otto 

Ciclo Otto

Ciclo Otto

O ciclo Otto teórico é o ciclo ideal do mecanismo Otto. O motor Otto também é conhecido como motor de ignição por faísca, porque o combustível é acionado por uma faísca causada por uma vela de ignição e também é conhecido como motor a gasolina, devido ao tipo de combustível usado.

Uma maneira de estudar o desempenho desse mecanismo é analisando seu ciclo teórico. O ciclo teórico é uma aproximação ao ciclo real com muitas simplificações. Na prática, aparecem tantas variáveis ​​que afetam o desempenho do motor que o cálculo do ciclo real é praticamente impossível. Enfim, o cico teórico Otto é uma boa aproximação ao ciclo real.

Ciclo Otto a 4 tempos

A figura a seguir representa graficamente o ciclo Otto em um motor de 4 tempos nas coordenadas PV e TS. 

Ciclo teórico de Otto. Diagrama pressão-volume PVCiclo teórico de Otto. Diagrama de temperatura-entropia TS

As transformações termodinâmicas que são verificadas durante o ciclo Otto são:

  • 1-2. Transformação adiabática e isentrófica (sem troca de calor com o exterior). Compressão do fluido ativo e correspondente ao trabalho L 1  realizado pelo pistão.
  • 2-3. Transformação em volume constante. Introdução instantânea do calor fornecido Q 1 .
  • 3-4. Transformação adiabática. trabalho de expansão de pressão constante e L correspondente 2  produzida pelo fluido de trabalho.
  • 4-1. Transformação em volume constante. Remoção instantânea de calor Q 2 .

Na verdade, no motor de 4 tempos, a subtração de calor é verificada durante o curso de exaustão 1-0 e o fluido é introduzido no motor no curso de admissão 0-1, representado graficamente no diagrama PV por uma linha horizontal, enquanto no diagrama TS não é possível representá-lo. Os efeitos de ambos os processos se anulam, sem ganho ou perda de trabalho, razão pela qual os cursos de aspiração e exaustão geralmente não são considerados nos diagramas ideais nas coordenadas PV, e o ciclo Otto é representado como um ciclo fechado, no qual o fluido ativo retorna ao seu estado inicial quando a fase de expulsão de calor 4-1 atinge seu fim.

Ciclo Otto a 2 tempos

O ciclo Otto muda ligeiramente em um motor a 2 tempos do motor a 4 tempos.

Primeira metade - compressão

Quando o pistão do motor alternativo atinge o PMI (Lower Dead Center), ele começa a se mover para o PMS (Upper Dead Center). Durante o curso, o pistão cria uma diferença de pressão que suga a mistura de ar e gasolina através da porta de entrada para o alojamento de pré-compressão. O combustível entra na forma gasosa.

Quando o pistão cobre a porta, a mistura para. Durante o resto do curso descendente, o pistão comprime a mistura no cárter inferior, até que seja descoberta a porta de transferência que a comunica com a câmara de compressão. Ao se comunicar com a câmara de compressão, a mistura fresca pré-comprimida ajuda a expulsar os gases queimados do escapamento.

Quando o pistão começa a subir, a porta de transferência permanece aberta por parte do curso e o cárter não aspira ar fresco, mas retorna parte dos gases, perdendo a eficiência do bombeamento.Em altas rotações, a inércia da massa de gases é usada para minimizar esse efeito. É o que se chama renovação de carga.

Segundo tempo. Expansão e escape de gás

Quando o pistão do motor térmico atinge o PMS e a mistura ar / gasolina é comprimida, ele é acionado por uma faísca entre os dois eletrodos da vela de ignição. Com a ignição, o combustível libera energia e atinge altas pressões e temperaturas no cilindro. O pistão se move para baixo, trabalhando até que a porta de escape seja descoberta. Sendo a altas pressões, os gases queimados saem desse buraco.

Características do ciclo Otto a 2 tempos

O desempenho deste motor é mais baixo em comparação com o motor de 4 tempos, pois possui um desempenho volumétrico mais baixo e a exaustão de gases é menos eficaz. Ciclos a 2 tempos são mais poluentes. No nível de potência, o ciclo Otto a 2 tempos oferece o torque mais alto na unidade de tempo para o mesmo deslocamento. Essa diferença de torque se deve ao fato de o motor a 2 tempos fazer uma explosão a cada rotação, enquanto o motor a 4 tempos faz uma explosão a cada 2 rotações e possui mais peças móveis.

Esse tipo de motor é usado principalmente em motores de pequena cilindrada (ciclomotores, roçadeiras, corta-sebes, motosserras etc.), pois é mais barato e fácil de construir, e sua alta emissão de poluentes é muito baixa em valor absoluto.

Desempenho térmico do ciclo Otto

Como o calor Q1 é introduzido em volume constante, o trabalho L 2-3  realizado durante essa transformação é nulo, e a equação de conservação da energia do fluido sem fluxo é transformada em:

Ciclo Otto

Como é um ciclo ideal e, portanto, o fluido operacional é um gás perfeito, vale a variação da energia interna durante sua transformação em volume constante:

De onde vem:

 Ciclo Otto

Da mesma forma, como o calor Q 2  também é subtraído em volume constante, e sob tais condições que L 4-1 = 0, podemos escrever:

Ciclo Otto

e porque o fluido é um gás perfeito:

Ciclo Otto

Portanto, o desempenho térmico ideal para o ciclo Otto teórico é:

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

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

Ciclo Otto

e como V 1 = V 4  e V 2 = V 3 , podemos escrever:

Ciclo Otto

Introduzindo esta expressão relação desempenho h e (bem como entre as temperaturas T 1  e T 2  da fase de compressão adiabática 1-2), que é:

Indicando com  Ciclo Ottoa relação entre os respectivos volumes V 1  e V 2  do início e final do curso de compressão - que chamaremos de "taxa de compressão volumétrica" ​​-, é obtida a expressão final do  desempenho térmico ideal do ciclo Otto .

Ciclo Otto
  

O desempenho térmico do ciclo Otto é, portanto, uma função da taxa de compressão e do expoente k, a proporção dos aquecimentos específicos do fluido operacional. Aumentando   Ciclo Otto, aumente h e ; aumentando os valores dos aquecimentos específicos, k diminui e, consequentemente, também o desempenho térmico h e . Portanto, o ciclo ideal, para o qual k = 1,4, apresenta desempenho térmico superior ao do ciclo do ar, pois, para isso, possui um valor médio mais baixo para k, pois os aquecimentos específicos variam com a temperatura.

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Última revisão: 26 de abril de 2018