Ciclo Diesel - Teoria e Exercícios Resolvidos

M áquinas Térmicas Aula 1 04 Ciclo Diesel Vídeos httpswwwyoutubecomwatchvjdW1t8r8qYc httpswwwyoutubecomwatchvJQP4N9OpQw A figura abaixo mostra o ciclo padrão Diesel também conhecido como motor de ignição por compressão Nesse ciclo o calor é transferido ao fluido de trabalho a pressão constante Como o gás expande durante a transferência de calor ela deve ser apenas o suficiente para manter a pressão constante Quando o sistema atinge o estado 3 a transferência de calor cessa e o gás sofre uma expansão isentrópica até atingir o PMI O rendimento do ciclo padrão Diesel é η1 Q L Q H 1 c v T 4 T 1 c p T 3 T 2 η1 T 1 k T 2 T 4 T 1 1 T 3 T 2 1 É importante notar que a relação de compressão tem valor maior que a relação de expansão Ou seja o rendimento do ciclo diminui com o aumento da temperatura máxima Veja no diagrama Ts As linhas de pressão constante e volume constante convergem assim quando se aumenta a temperatura se tem pouca adição de trabalho Por outro lado também é possível colocar o rendimento em função da compressão η1 1 r k1 r c k 1 k r c 1 Onde r é a taxa de compressão e r c é a razão de corte Como o ciclo Diesel expande uma parte do volume no processo de compressão r c é definido como r c V 3 V 2 Comparando os ciclos Otto e Diesel aparentemente o Otto tem rendimento maior mas o Diesel opera com maiores taxas de compressão Note também que quanto maior a expansão no processo 23 pior o rendimento do ciclo Operações utilizadas até o momento Relações Isentrópicas Compressão e Expansão T a T b V b V a k1 P a P b V b V a k T a T b P a P b k1 k WQRTln v b v a Relações Isovolumétricas ignição ciclo Otto Q c v Δ T Wv Δ P Relações Isobáricas ignição ciclo Diesel T a T b V a V b WPΔV W c p Δ T Q c p Δ T Exemplo Um ciclo padrão Diesel apresenta uma relação de compressão de 18 e o calor transferido ao fluido de trabalho por ciclo é 1800kJkg Sabendo que no início do processo de compressão a pressão é 01MPa e a temperatura é 15C determine A pressão e temperatura em cada ponto do ciclo O rendimento térmico A pressão média efetiva Processo 1 Compressão Sei T 1 P 1 r Quero T 2 P 2 ν 1 ν 2 T 2 T 1 V 1 V 2 k1 T 2 2882 18 04 9158K P 2 P 1 V 1 V 2 k P 2 01 18 14 572MPa P ν 1 RT ν 1 02872882 100 0827 m 3 kg r V 1 V 2 ν 1 ν 2 ν 2 ν 1 r 0827 18 ν 2 004595 m 3 kg Processo 2 Ignição Sei P 2 T 2 Q H Quero T 3 V 3 ν 3 Q c p T 3 T 2 180010035 T 3 9158 T 3 2710K Não é um processo isentrópico É isobárico Assim V 3 V 2 T 3 T 2 ν 3 ν 2 ν 3 004595 2710 9158 ν 3 013598 m 3 kg P 3 P 2 572MPa Processo 3 Expansão Sei P 3 T 3 r Quero T 4 T 3 T 4 V 4 V 3 k1 T 4 T 3 ν 4 ν 3 k1 T 4 2710 0827 013598 04 1316K P 3 P 4 V 4 V 3 k P 4 P 3 V 4 V 3 k P 4 572M 0827 013593 14 04392MPa Processo 4 Troca de calor Sei T 1 T 4 r Quero Q L Q L c v T 4 T 1 Q L 07165 13162882 Q L 7366kJkg W liq Q H Q L 1800736610634kJkg O rendimento η W Q h 10634 1800 591 A pressão média efetiva P me W ν 1 ν 2 P me 10634 0827004595 P me 1362kPa 5 Compressão Rendimento