Questionário Mecânica - N°12 Diferença entre ciclo otto e ciclo diesel - Vinícius F. Costa
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Vinícius F. Costa
Mar 2, 2008, 1:17:29 PM3/2/08
to eletrotecn...@hotmail.com, eletroi...@googlegroups.com
Olá! Fiz de duas maneiras, uma bem completa e mais aprofundada e outra bem mais resumida.
Completa:
Motor é um equipamento que transforma alguma forma de energia (térmica, hidráulica, elétrica, nuclear etc) em energia mecânica. Conforme o tipo de energia que transforma, ele é classificado motor de combustão, hidráulico, elétrico ou atômico.
Os motores ciclo Diesel aproveitam a energia da queima do combustível dentro de uma série de câmaras e por isso classificados como motores de combustão interna.
Motores do Ciclo Diesel a 4 tempos
Os motores do ciclo Diesel a 4 tempos são utilizados em menor escala no automobilismo, do que os do ciclo Otto. O ciclo diesel tem maior emprego nos motores de grandes potências e dimensões como: embarcações marítimas, locomotivas, caminhões, geradores, etc.
Quanto ao regime de funcionamento eles podem ser classificados como:
Diesel Lento - trabalham a uma rotação de 400 a 800 RPM. Estes motores por possuírem grandes dimensões são empregados onde a relação peso potência, não é importante, como nas embarcações marítimas, motores estacionários, etc. O combustível utilizado é o do tipo A.P.F..
Diesel normal - São os motores cujas rotações de trabalho variam de 800 a 2000 RPM.
Diesel veloz - Motores de rotações maiores que 2000 RPM. Este tipo de motor vem sendo ultimamente muito utilizado nos automóveis de passeio.
Os motores do ciclo diesel, são alimentados por meio de injeções diretas que podem ser por injeção pneumática, atualmente não utilizado, e por injeção Mecânica, este último, mais utilizado, utiliza de bombas mecânicas para injetar o combustível na câmnara de combustão. Estas bombas podem ser unitárias por motor ou múltiplas, onde cada cilindro ou conjunto de cilindros possui uma bomba independente.
Fazes dos motores do ciclo Diesel de 4 tempos
As fazes dos motores do ciclo Diesel, como princípio de funcionamento, são semelhantes ao do ciclo Otto.
Os tempos ou fases são:
1º Tempo : Aspiração
Na fase de aspiração o pistão desloca do ponto morto inferior, PMI ao ponto morto superior, PMS, aspirando o ar através da válvula de aspiração.
2 º Tempo: Compressão
Nesta fase o pistão desloca do PMI ao PMS. No início do deslocamento a válvula de aspiração se fecha e o pistão começa a comprimir o ar na câmara de combustão. O ar quando sujeito a esta compressão sofre um aumento de temperatura que será, tanto maior, quanto for a percentagem comprimida, taxa de compressão.
3º Tempo: Combustão ( expansão)
Um pouco antes do pistão atingir o PMS, o ar comprimido atinge uma ressão de 65 a 130 kgf/cm2; e uma temperatura de 600 a 800ºC. Por meio do injetor, o combustível é fortemente comprimido e pulverizado para o interior da câmara. Este combustível ao encontrar o ar, que se encontra na pressão e temperatura supra-citado incendeia-se expontaneamente, empurrando energeticamente, o pistão verso ao PMI.
4º Tempo : Descarga
Um pouco antes do pistão atingir o PMI, de onde iniciará o quarto tempo, a válvula de descarga se abre, permitindo a saída de uma parte dos gases se combustão que se encontram em alta pressão. Ao deslocar para o PMS expulsa o resto dos gases.
A figura abaixo representa os quatro tempos de um motor do ciclo Diesel.
Mas há uma grande diferença com relação a outros motores de interna de ciclo Otto. Neste último, a mistura ar-combustível mesmo comprimida, precisa de uma faísca (de uma vela por exemplo) para iniciar ao processo de queima. Já nos motores Diesel, a mistura é substituída por ar puro no cilindro, que é comprimido a uma razão bem maior que nos Otto (16:1 a 24:1 8:1 a 10:1). Essa maior compressão leva a uma elevação significativa da temperatura que, combinada com o Diesel, pulverizando através de pequenos jatos a alta pressão, iniciam o processo de combustão espontânea, isto evita o efeito de detonação que ocorre com o combustível no motores do ciclo Otto, aumentando significativamente o rendimento volumétrico do motor Diesel.
Uma outra característica dos gases de escape dos motores Diesel são os altos índices alcançados pela temperatura do fluído e pela pressão na câmara de combustão: de 600 a 800ºC e de 65 a 130 kgf/cm2, respectivamente. Nos motores ciclo Otto (ou a gasolina), esses valores chegam apenas a 800 a 1000ºC e de 60 a 80 kgf/cm2.
Ciclo Teórico Diesel
As transformações Termodinâmicas, podem ser representadas segundo os seguintes diagramas PV e TS, a seguir
0 - 1 Aspiração do Ar
O pistão desloca do PMS ao PMI aspirando o ar.
1 - 2 Compressão adiabática
Sem troca de calor com o meio ambiente. O pistão se desloca do PMI descrevendo a área ( v1-1-2-v2), equivalente o trabalho absorvido.
2 - 3 Fornecimento instantâneo de calor a pressão constante
O pistão ao passar do ponto 2 a 3, variando o volume do fluido produzirá trabalho equivalente à área ( v2-2-3-v3), que também é equivalente à área ( s1-2-3-s2) no diagrama TS.
3 - 4 Expansão adiabática
O pistão se desloca verso ao PMI descrevendo a área (v1-4-3-v3), equivalente à mais um trabalho realizado. Isto ocorre sem troca de calor com o meio ambiente.
4 - 1 Rejeição instantânea de calor a volume constante
É representado pela área (s1-1-4-s2), equivalente à mais uma parcela de trabalho absorvido.
O trabalho útil realizado pelo sistema é igual à diferença entre o trabalho fornecido pelo sistema e o trabalho absorvido. Este trabalho é equivalente a área (1-2-3-4).
O rendimento térmico de um ciclo Diesel é dado por
Onde:
r = v1 / v2 , f = v3 / v2 e K = Cp / Cv
Os calores específicos são à pressão constante Cp e ao volume constante Cv
Diferenças entre ciclo Real e Teórico
Os principais fatores responsáveis pela diferença entre o ciclo real e o teórico são:
a) Perdas por bombeamento: No ciclo teórico a aspiração e descarga são feitas à pressão constante, enquanto que no ciclo real isto não acontece.
b) Perdas pela combustão não instantânea: No ciclo teórico o calor é introduzido instantaneamente e a pressão constante enquanto que no real isto não ocorre.
c) Perdas pela dissociação do combustível: No ciclo teórico não existe dissociação do combustível, enquanto que no real ele se dissocia em elementos tais como CO2, H2, O ,CO e outros compostos, absorvendo calor.
d) Perdas devido à abertura antecipada da válvula de descarga: Na teoria a abertura da válvula de descarga é considerada instantânea, enquanto que no real ela se abre antes do pistão atingir o PMI.
e) Perdas de calor: Na teoria, as perdas de calor são nulas enquanto que no real elas são sensíveis, devido à necessidade de refrigeração dos cilindros.
f) Perdas devido à variação dos calores específicos do fluido: Os calores específicos, a pressão constante Cp e o volume constante Cv de um gás real aumentam com a Temperatura mas a sua diferença é sempre constante, isto é Cp-Cv=R. Porém a relação K=Cp/Cv diminui com o aumento da temperatura. Portanto o valor da pressão e temperatura máxima obtida no ciclo é inferior à obtida quando os calores específicos são constantes com a variação da temperatura.
A - Injeção
B - Perdas devido ao retardo da combustão
C - " " a dissociação do combustível
D - " " à combustão não instantânea
E - " " à troca de calor com o meio ambiente
F - Abertura da válvula de descarga
G - Perdas devido à abertura antecipada da valvula de descarga
H - Perdas por bombeamento
Resumida:
A principal diferença dos motores do Ciclo Diesel para os do Ciclo Otto (a gasolina ou álcool) consiste na queima do combustível por pressão e não por ignição. O ciclo Diesel não possui velas ou sistema de ignição, logo não há emissão de centelha (faísca). O óleo diesel se inflama por causa do calor gerado pela pressão.
Ciclos de funcionamento (tempos) para o motor ***Ciclo Otto ***
1º - admissão Aspiração da mistura ar-combustível
2º - compressão Compressão da mistura
3º - combustão Ignição por centelha da vela e explosão da mistura
4º - escapamento Saída dos gases queimados
Ciclos de funcionamento (tempos) *** Ciclo Diesel ***
1º - admissão - Aspiração e enchimento dos cilindros apenas com ar
2º - compressão - Compressão do ar puro
3º - combustão - Injeção de óleo diesel, auto-inflamação pelo calor da compressão, combustão à medida em que é injetado
4º - escapamento - Saída dos gases queimados
Abraços!
--
Vinícius F. Costa
Completa:
Motor é um equipamento que transforma alguma forma de energia (térmica, hidráulica, elétrica, nuclear etc) em energia mecânica. Conforme o tipo de energia que transforma, ele é classificado motor de combustão, hidráulico, elétrico ou atômico.
Os motores ciclo Diesel aproveitam a energia da queima do combustível dentro de uma série de câmaras e por isso classificados como motores de combustão interna.
Motores do Ciclo Diesel a 4 tempos
Os motores do ciclo Diesel a 4 tempos são utilizados em menor escala no automobilismo, do que os do ciclo Otto. O ciclo diesel tem maior emprego nos motores de grandes potências e dimensões como: embarcações marítimas, locomotivas, caminhões, geradores, etc.
Quanto ao regime de funcionamento eles podem ser classificados como:
Diesel Lento - trabalham a uma rotação de 400 a 800 RPM. Estes motores por possuírem grandes dimensões são empregados onde a relação peso potência, não é importante, como nas embarcações marítimas, motores estacionários, etc. O combustível utilizado é o do tipo A.P.F..
Diesel normal - São os motores cujas rotações de trabalho variam de 800 a 2000 RPM.
Diesel veloz - Motores de rotações maiores que 2000 RPM. Este tipo de motor vem sendo ultimamente muito utilizado nos automóveis de passeio.
Os motores do ciclo diesel, são alimentados por meio de injeções diretas que podem ser por injeção pneumática, atualmente não utilizado, e por injeção Mecânica, este último, mais utilizado, utiliza de bombas mecânicas para injetar o combustível na câmnara de combustão. Estas bombas podem ser unitárias por motor ou múltiplas, onde cada cilindro ou conjunto de cilindros possui uma bomba independente.
Fazes dos motores do ciclo Diesel de 4 tempos
As fazes dos motores do ciclo Diesel, como princípio de funcionamento, são semelhantes ao do ciclo Otto.
Os tempos ou fases são:
1º Tempo : Aspiração
Na fase de aspiração o pistão desloca do ponto morto inferior, PMI ao ponto morto superior, PMS, aspirando o ar através da válvula de aspiração.
2 º Tempo: Compressão
Nesta fase o pistão desloca do PMI ao PMS. No início do deslocamento a válvula de aspiração se fecha e o pistão começa a comprimir o ar na câmara de combustão. O ar quando sujeito a esta compressão sofre um aumento de temperatura que será, tanto maior, quanto for a percentagem comprimida, taxa de compressão.
3º Tempo: Combustão ( expansão)
Um pouco antes do pistão atingir o PMS, o ar comprimido atinge uma ressão de 65 a 130 kgf/cm2; e uma temperatura de 600 a 800ºC. Por meio do injetor, o combustível é fortemente comprimido e pulverizado para o interior da câmara. Este combustível ao encontrar o ar, que se encontra na pressão e temperatura supra-citado incendeia-se expontaneamente, empurrando energeticamente, o pistão verso ao PMI.
4º Tempo : Descarga
Um pouco antes do pistão atingir o PMI, de onde iniciará o quarto tempo, a válvula de descarga se abre, permitindo a saída de uma parte dos gases se combustão que se encontram em alta pressão. Ao deslocar para o PMS expulsa o resto dos gases.
A figura abaixo representa os quatro tempos de um motor do ciclo Diesel.
Mas há uma grande diferença com relação a outros motores de interna de ciclo Otto. Neste último, a mistura ar-combustível mesmo comprimida, precisa de uma faísca (de uma vela por exemplo) para iniciar ao processo de queima. Já nos motores Diesel, a mistura é substituída por ar puro no cilindro, que é comprimido a uma razão bem maior que nos Otto (16:1 a 24:1 8:1 a 10:1). Essa maior compressão leva a uma elevação significativa da temperatura que, combinada com o Diesel, pulverizando através de pequenos jatos a alta pressão, iniciam o processo de combustão espontânea, isto evita o efeito de detonação que ocorre com o combustível no motores do ciclo Otto, aumentando significativamente o rendimento volumétrico do motor Diesel.
Uma outra característica dos gases de escape dos motores Diesel são os altos índices alcançados pela temperatura do fluído e pela pressão na câmara de combustão: de 600 a 800ºC e de 65 a 130 kgf/cm2, respectivamente. Nos motores ciclo Otto (ou a gasolina), esses valores chegam apenas a 800 a 1000ºC e de 60 a 80 kgf/cm2.
Ciclo Teórico Diesel
As transformações Termodinâmicas, podem ser representadas segundo os seguintes diagramas PV e TS, a seguir
0 - 1 Aspiração do Ar
O pistão desloca do PMS ao PMI aspirando o ar.
1 - 2 Compressão adiabática
Sem troca de calor com o meio ambiente. O pistão se desloca do PMI descrevendo a área ( v1-1-2-v2), equivalente o trabalho absorvido.
2 - 3 Fornecimento instantâneo de calor a pressão constante
O pistão ao passar do ponto 2 a 3, variando o volume do fluido produzirá trabalho equivalente à área ( v2-2-3-v3), que também é equivalente à área ( s1-2-3-s2) no diagrama TS.
3 - 4 Expansão adiabática
O pistão se desloca verso ao PMI descrevendo a área (v1-4-3-v3), equivalente à mais um trabalho realizado. Isto ocorre sem troca de calor com o meio ambiente.
4 - 1 Rejeição instantânea de calor a volume constante
É representado pela área (s1-1-4-s2), equivalente à mais uma parcela de trabalho absorvido.
O trabalho útil realizado pelo sistema é igual à diferença entre o trabalho fornecido pelo sistema e o trabalho absorvido. Este trabalho é equivalente a área (1-2-3-4).
O rendimento térmico de um ciclo Diesel é dado por
Onde:
r = v1 / v2 , f = v3 / v2 e K = Cp / Cv
Os calores específicos são à pressão constante Cp e ao volume constante Cv
Diferenças entre ciclo Real e Teórico
Os principais fatores responsáveis pela diferença entre o ciclo real e o teórico são:
a) Perdas por bombeamento: No ciclo teórico a aspiração e descarga são feitas à pressão constante, enquanto que no ciclo real isto não acontece.
b) Perdas pela combustão não instantânea: No ciclo teórico o calor é introduzido instantaneamente e a pressão constante enquanto que no real isto não ocorre.
c) Perdas pela dissociação do combustível: No ciclo teórico não existe dissociação do combustível, enquanto que no real ele se dissocia em elementos tais como CO2, H2, O ,CO e outros compostos, absorvendo calor.
d) Perdas devido à abertura antecipada da válvula de descarga: Na teoria a abertura da válvula de descarga é considerada instantânea, enquanto que no real ela se abre antes do pistão atingir o PMI.
e) Perdas de calor: Na teoria, as perdas de calor são nulas enquanto que no real elas são sensíveis, devido à necessidade de refrigeração dos cilindros.
f) Perdas devido à variação dos calores específicos do fluido: Os calores específicos, a pressão constante Cp e o volume constante Cv de um gás real aumentam com a Temperatura mas a sua diferença é sempre constante, isto é Cp-Cv=R. Porém a relação K=Cp/Cv diminui com o aumento da temperatura. Portanto o valor da pressão e temperatura máxima obtida no ciclo é inferior à obtida quando os calores específicos são constantes com a variação da temperatura.
A - Injeção
B - Perdas devido ao retardo da combustão
C - " " a dissociação do combustível
D - " " à combustão não instantânea
E - " " à troca de calor com o meio ambiente
F - Abertura da válvula de descarga
G - Perdas devido à abertura antecipada da valvula de descarga
H - Perdas por bombeamento
Resumida:
A principal diferença dos motores do Ciclo Diesel para os do Ciclo Otto (a gasolina ou álcool) consiste na queima do combustível por pressão e não por ignição. O ciclo Diesel não possui velas ou sistema de ignição, logo não há emissão de centelha (faísca). O óleo diesel se inflama por causa do calor gerado pela pressão.
Ciclos de funcionamento (tempos) para o motor ***Ciclo Otto ***
1º - admissão Aspiração da mistura ar-combustível
2º - compressão Compressão da mistura
3º - combustão Ignição por centelha da vela e explosão da mistura
4º - escapamento Saída dos gases queimados
Ciclos de funcionamento (tempos) *** Ciclo Diesel ***
1º - admissão - Aspiração e enchimento dos cilindros apenas com ar
2º - compressão - Compressão do ar puro
3º - combustão - Injeção de óleo diesel, auto-inflamação pelo calor da compressão, combustão à medida em que é injetado
4º - escapamento - Saída dos gases queimados
Abraços!
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