3.5 O motor de combustão interna (Ciclo Otto)

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Subsecções

• 3.5.1 Eficiência de um ciclo Otto ideal
• 3.5.2 Trabalho do motor, taxa de trabalho por unidade de fluxo entalpia

O ciclo Otto é um conjunto de processos utilizados por motores de combustão interna de ignição por faísca (2 tempos ou 4 tempos). Estes motores a) ingerem uma mistura de combustível e ar, b) comprimem-no, c) provocam a sua acção, adicionando assim eficazmente calor através da conversão da energia química em energia térmica, d) expandem os produtos de combustão, e depois e) ejectam os produtos de combustão e substituem-nos por uma nova carga de combustível e ar. Os diferentes processos são mostrados emFigure 3.8:

1. Curso de admissão, vapor de gasolina e ar aspirado para o motor ().
2. Curso de compressão, , aumento ().
3. Combustão (faísca), tempo curto, volume essencialmente constante (). Modelo: absorção de calor de uma série de reservatórios a temperaturas a .
4. Curso de potência: expansão ().
5. Exaustão da válvula: válvula abre, escape de gás.
6. () Modelo: rejeição de calor a séries de reservatórios a temperaturas a .
7. Curso de escape, o pistão empurra os produtos de combustão restantes para fora da câmara().

Modelamos os processos como todos actuando sobre uma massa fixa de ar contida num arranjo pistão-cilindro, como mostrado emFigure 3.10.

Figura 3.8:O ciclo Otto ideal

Figura 3.9:Esboço de um ciclo Otto real

Figura 3.10:Pistão e válvulas em um motor de combustão interna de quatro tempos

O ciclo real não tem as transições bruscas entre os processos diferentes que o ciclo ideal tem, e pode ser esboçado na Figura 3.9.

3.5.1 Eficiência de um ciclo Otto ideal

O ponto de partida é a expressão geral para a eficiência térmica de um ciclo:

A convenção, como anteriormente, é que a troca de calor é positiva se o calor estiver fluindo para o sistema ou motor, então é negativo. O calor absorvido ocorre durante a combustão quando a faísca ocorre, aproximadamente em volume constante. O calor absorvido pode ser relacionado com a mudança de temperatura do estado 2 para o estado 3 como:

O calor rejeitado é dado por (para um gás perfeito com aquecimento específico constante)

Substituindo as expressões para o calor absorvido e rejeitado na expressão por rendimentos de eficiência térmica

Podemos simplificar a expressão acima usando o fato de que os processos de 1 a 2 e de 3 a 4 são isentrópicos:

A quantidade é chamada de razão de compressão. Em termos de razão de compressão, a eficiência de um ciclo Otto ideal é:

Figura 3.11:Eficiência térmica ideal do ciclo Otto

A eficiência ideal do ciclo Otto é mostrada em função da razão de compressão emFigure 3.11. medida que a razão de compressão, , aumenta, aumenta, mas também . Se for muito alto, a mistura irá inflamar-se sem faísca (no local errado no ciclo).

3.5.2 Trabalho do motor, taxa de trabalho por unidade de fluxo de entalpia

A relação não dimensional do trabalho realizado (a potência) para o fluxo de entalpia através do motor é dada por

Existe, muitas vezes, o desejo de aumentar esta quantidade, porque significa um motor mais pequeno para a mesma potência. A entrada de calor é dada por

onde

• é o calor de reacção, ou seja, a energia química libertada por unidade de massa de combustível,
• é o caudal de massa de combustível.

A potência não dimensional é

As quantidades nesta equação, avaliadas em condições estequiométricas são:

	>
> assim >
>	>

Pontos de Lodo

Como é calculado?(MP 3.6)

Quais são as “condições estequiométricas?”(MP 3.7)

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