Ciclo diesel padrão aéreo – usado para motor diesel

2024年6月22日 Roberto Magalhães

Qual ciclo é usado no motor diesel? Ciclo do motor diesel – diagramas PV e TS

O motor de combustão interna a diesel difere do ciclo Otto movido a gasolina por usar uma compressão mais alta do combustível para acender o combustível em vez de usar uma vela de ignição (“ignição por compressão” em vez de “ignição por faísca”).

O ciclo Diesel é um processo de combustão de um motor alternativo de combustão interna. Nele, o combustível é inflamado pelo calor gerado durante a compressão do ar na câmara de combustão, na qual o combustível é injetado. Isto contrasta com a ignição da mistura ar-combustível com uma vela de ignição, como no motor do ciclo Otto (quatro tempos/gasolina). Os motores diesel são usados em aeronaves, automóveis, geração de energia, locomotivas diesel-elétricas e em navios de superfície e submarinos.

No motor diesel, o ar é comprimido adiabaticamente com uma taxa de compressão normalmente entre 15 e 20. Esta compressão aumenta a temperatura até a temperatura de ignição da mistura de combustível que é formada pela injeção de combustível quando o ar é comprimido.

O ciclo padrão de ar ideal é modelado como uma compressão adiabática reversível seguida por um processo de combustão a pressão constante, depois uma expansão adiabática como um golpe de potência e uma exaustão isovolumétrica. Uma nova carga de ar é aspirada no final da exaustão, conforme indicado pelos processos aea no diagrama.

Supõe-se que o ciclo Diesel tenha pressão constante durante a parte inicial da fase de combustão. Este é um modelo matemático idealizado: os motores diesel físicos reais apresentam um aumento de pressão durante este período, mas é menos pronunciado do que no ciclo Otto. Em contraste, o ciclo Otto idealizado de um motor a gasolina aproxima-se de um processo de volume constante durante essa fase.

Processos no Ciclo Diesel:

O ciclo diesel possui quatro processos. Eles são:

Processo 1-2: Compressão isentrópica (adiabática reversível)
Processo 2-3: Adição de Calor com Pressão Constante (Isobárica)
Processo 3-4: Expansão Isentrópica
Processo 4-1: Rejeição de Calor de Volume Constante (Isocórica)

Processo 1-2: Compressão Isentrópica

Neste processo, o pistão se move da posição Ponto Morto Inferior (BDC) para a posição Ponto Morto Superior (TDC). O ar é comprimido isentropicamente dentro do cilindro. A pressão do ar aumenta de p1 para p2, a temperatura aumenta de T1 para T2 e o volume diminui de V1 para V2. A entropia permanece constante (ou seja, s1 = s2). O trabalho é realizado no sistema neste processo (denotado por Win nos diagramas acima).

Processo 2-3: Adição de Calor com Pressão Constante

Neste processo, o calor é adicionado a pressão constante de uma fonte externa de calor. O volume aumenta de V2 para V3, a temperatura aumenta de T2 para T3 e a entropia aumenta de s2 para s3.

O calor adicionado no processo 2-3 é dado por

Qin = mCp(T3 − T2) kJ

onde,

m → Massa de ar em kg

Cp → Calor específico a pressão constante em kJ/kgK

T2 → Temperatura no ponto 2 em K

T3 → Temperatura no ponto 3 em K

Processo 3-4: Expansão Isentrópica

Aqui o ar comprimido e aquecido é expandido isentropicamente dentro do cilindro. O pistão é forçado de TDC para BDC no cilindro. A pressão do ar diminui de p3 para p4, a temperatura diminui de T3 para T4 e o volume aumenta de V3 para V4. A entropia permanece constante (ou seja, s3 = s4). O trabalho é realizado pelo sistema neste processo (denotado por Wout nos diagramas pV e Ts acima).

Processo 4-1: Rejeição de Calor em Volume Constante

Neste processo, o calor é rejeitado a volume constante (V4 = V1). A pressão diminui de P4 para P1, a temperatura diminui de T4 para T1 e a entropia diminui de s4 para s1.

O calor rejeitado no processo 4-1 é dado por

MCV QOUT = (T4 – T1) kJ

onde,

m → Massa de ar em kg

Cv → Calor específico a volume constante em kJ/kgK

T2 → Temperatura no ponto 2 em K

T3 → Temperatura no ponto 3 em K

Este ciclo pode operar com uma taxa de compressão superior ao ciclo Otto porque apenas o ar é comprimido e não há risco de autoignição do combustível. Embora para uma determinada taxa de compressão o ciclo Otto tenha maior eficiência, porque o motor Diesel pode ser operado com taxas de compressão mais altas, o motor pode realmente ter maior eficiência do que um ciclo Otto quando ambos são operados em taxas de compressão que podem ser alcançadas na prática.