7/24/2019 12 - Ciclos Otto e Diesel
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Escola Politécnica daUniversidade de São Paulo
Aula 12 – Ciclo Otto e Ciclo
Diesel
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Ciclo de Potência dos Motores
Alternativos
Deslocamento de todos cilindros:
Taxa de compressão:
V desl=N ciclo (V max−V min )=N ciclo AcicloS
rv
=V max
V min
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Ciclo de Potência dos Motores
Alternativos
Exaustão
Exaustãoadmissão
Exaustão
Injeção de combustívelu vela de i!nição
Trabal"o lí#uido especí$ico:
w liq=∮ Pdv=Pmef (vmax−vmin)
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Ciclo de Potência dos Motores
Alternativos
%iclo &ec'nico ( %iclo Termodin'mico
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Ciclo Otto
&istura ar)combustível é i!nitada por centel"a *plicaç+es até ,-./0 1 autom2veisProblema comum: Detonação 3 limita a ra4ão de
compressão possível
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Ciclo Otto
%iclo Termodin'mico 5internamente reversível6
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Ciclo Otto
7endimento térmico:
η térmico=Q
H −Q L
Q H
=(u3−u2 )−(u4−u1)(u3−u
2 )
ηtérmico=1−(u4−u1 )(u3−u
2)=1−
T 1
T 2
C v(T 4T 1−1)
C v
(T
3
T 2−1
)η térmico=1−
1
rv −1
T 2
T 1=(V 2V 1 )
−1
=rv −!
T 4
T 3=
(V 3
V 4 ) −1
=
1
r v −1
ent"o :
T 3
T 4
=T 2
T 1
T 3
T 2=T 4
T 1
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Ciclo Otto
7endimento térmico x Taxa de compressão
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Ciclo Otto
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Ciclo Diesel
*r é comprimido até pressão alta o su$icientepara auto1i!nitar o combustível
%ombustível é injetado no $inal do processo de
compressão do ar89ormalmente tem rendimento térmico mel"or#ue o tto e por isso usado para aplicaç+espesadas8
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Ciclo Diesel
I!nição por %ompressão 3 $ornecimento de calor5injeção de combustível6: ,1
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Ciclo Diesel
Pela e#uação da ener!ia temos:
rendimento do ciclo Diesel é dado por:
q H =u #−u2+ 2w3 =u #−u2$P% (v3−v2) =& #−&2
ηtérmico=1−T 1
T %(T 4
T 1−1
)(T 3T 2
−1)
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Ciclo Diesel
rendimento é dado por: Processo 2−3:
u3−u
2=
2q
3−
2w
3
2w3=' (v 2−v3 )
Usando a taxa de compressão e T; < temos:
T 3=V
3
V 2
T 2=r
cT
2
rc
=V
3
V 2nde: = c"amado de ra4ão de corte8
Desde #ue: V 4=V
! < a relação isentr2pica no processo 1> pode ser expressada desta $orma:
V 4
V 3
=V
4
V 3
V 2
V 2
=V
4
V 2
V 2
V 3
sa(endoqueV !=V
)
V 1
V 2
V 2
V 3
=r
rc
η térmico=*
liq/m
2 Q3/m =1−
4Q 1/m
2 Q3 /m=1−
(u4−u1 )(&3−&
2)
vr 2=V 2
V 1
vr 1=1
rv r1
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Ciclo Diesel
Usando a relação anterior:
T 2
T 1=(V 1V 2 )
−1
=r −!
Sabendo #ue:
vr 4=V
4
V 3
vr3=r
rc
vr3
T 4
T 3
=(V 3V 4 )
−1
=(r c
r ) −1
u1−u2=C v (T 4−T 1)e
&3−&
2=C
' (T 3−T 2)
e
substituindo na e#uação do rendimento:
ηtérmico=1−C
vT
1
C 'T 2
(T 4T 1−1)
(T 3T 2
−1)=1−
1
r −1 [rc −1
(r c−1) ]
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Ciclo Diesel
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Ciclo Otto x Ciclo Diesel
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Exercício – Ciclo Otto
Exemplo ;.8?− * relação de compressão num ciclo padrão a ar tto é
;.8 9o início do curso de compressão< a pressão éi!ual a .<;&Pa e a temperatura é ;-@%8 Sabendo #uea trans$erAncia de calor ao ar< por ciclo é i!ual;B../C)/! de ar< determine:
− ;8 * pressão e a temperatura no estado $inal de cadaprocesso do ciclo8
− ,8 rendimento térmico− 8 * pressão média e$etiva8
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Exercício – Ciclo Otto
Estado ;
&odelo: !s ideal com calor especi$ico
constante e avaliado a .. *nlise: E#uação da entropia para o processode compressão ;1,
*ssim:
E
P1=0,1 +Pa T
1=288,2 ,
s2=s
!
T 2
T 1
=
(
V 1
V 2
)
−1 P2
P1
=
(
V 1
V 2
)
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Exercício – Ciclo Otto
Primeira Fei da termodin'mica
Se!unda Fei da termodin'mica para o processode expansão 1>
*ssim:
E
q H =2 q3=u #−u2=cv (T 3−T 2 )
s4=s #
T 3
T 4=(V 4V 3 )
−1 P3
P4
=(V 4V 3 )
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Exercício – Ciclo Otto
Também
E
Solução:
η térmico=1−1
rv
−1 Pmef =wliq
v1−v
2
T 2=T !r v −1
=288,2×10
0,4
=723 ,
P2=P!r v
=0,1×10
1,4=2512 +Pa
v1=0,287×288,2
100=0,827m ³ /-
V 2=0,827
10=0,0827m
3/ -
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Exercício – Ciclo Otto
Portanto:
Portanto:
2 q3=cv (T 3−T 2)=1800 . /-
T 3=T %+ 2
q3/C v T 3−T 2=
1800
0,717=2510 ,
T 3
=3234 ,
T 3
T 2
= P
3
P2
=3234
723,9=4,467 Portanto: P
3=11,222 +Pa
T 3T 4
=
(V 4V 3 )
−1
=100,4=2,51 PortantoT )=1287,5 ,
P3
P4
=
(
V 4
V 3
)
=101,4=25,12 PortantoP)=0,4467 +Pa
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Exercício – Ciclo Otto
Geri$icando o valor:
ηtérmico=1−1
rv
−1=1−
1
100,4=0,602=60,2
Geri$icando o valor:
4 q1=cv (T 1−T 4 )=0,717 (288,2−1287,5 )=−716,5. /-
ηtérmico=1−716,5
1800=0,602=60,2
wliq=1800−716,5=1083,5. /-
Pmef =w
liq
v1−v
2
= 1083,5
(0,827−0,0827 )=1456 Pa
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Exercício – Ciclo Diesel
Exemplo ;,8BUm ciclo padrão a ar Diesel apresenta relaçãode compressão i!ual a ,. e o calor trans$erido
ao $luido de trabal"o< por ciclo< é ;B../C)/!8Sabendo #ue no início do processo decompressão< a pressão é i!ual a .<;&Pa e atemperatura é ;- @%< determine:− ;8 * pressão e a temperatura em cada ponto do ciclo8− ,8 rendimento térmico− 8 * pressão média e$etiva
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Exercício – Ciclo Diesel
Estado ;
&odelo: !s ideal com calor especi$ico
constante e avaliado a .. *nlise: E#uação da entropia para o processode compressão ;1,
*ssim:
E
P1=0,1 +Pa T
1=288,2 ,
s2=s!
T 2
T 1
=
(
V 1
V 2
)
−1 *ssim:
E
P2
P1
=
(
V 1
V 2
)
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Exercício – Ciclo Diesel
Primeira Fei da termodin'mica para o processo,1q H =2 q3=c ' (T 3−T 2)
Se!unda Fei da termodin'mica para o processode expansão 1>s4=s #
*ssim:
T 3
T 4=(V 4V 3 )
−1
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Exercício – Ciclo Diesel
Também
E
ηtérmico
=wliq
q H
Pmef =wliq
v1−v
2
E
Solução:
v1=0,287×288,2
100=0,827m ³ /-
v2=v1
20=0,827
20=0,04135m ³ /-
T 2
T 1=
(
V 1
V 2
)
−1
=200,4=3,3145 → T 2=955,2 ,
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Exercício – Ciclo Diesel
P2
P1
=(V 1V 2 )
=201,4=66,29 → P2=6,629 +Pa
q H =2 q3=c ' (T 3−T 2)=1800 . / -
T 3−T 2=1800
1,004=1793 , Portanto : T 3=2748 ,
V 3
V 2=
T 3
T 2=
2748
955,2=2,8769 Portanto : v3=0,11896m3
/-
T 3
T 4
=(0,8270,11896 )0,4
=2,1719 Portanto : T 4=1265 ,
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Exercício – Ciclo Diesel
ηtérmico
=w
liq
q H
=1099,6
1800=61,1
Pmef =w
liq
v1−v
2
= 1099,6
(0,827−0,04135 )=1400 Pa
q L=1 q4=cv (T 1−T 4 )=0,717 (288,2−1265 )=−700,4 . /-
wliq=1800−700,4=1099,6. / -