Ciclos de Potência dos Motores Alternativos

Ciclos de Potência dos Motores com Pistão UMA VISÃO GERAL DOS MOTORES ALTERNATIVOS Os componentes básicos de um motor alternativo são mostrados na Fig O pistão alternase no cilindro entre duas posições fixas chamadas de ponto morto superior PMS a posição do pistão quando ele forma o menor volume no cilindro e o ponto morto inferior PMI a posição do pistão quando ele forma o maior volume no cilindro A distância entre o PMS e o PMI é a maior distância que o pistão pode percorrer em uma direção e é chamada de curso do motor O ar ou a mistura de ar e combustível é sugada para o cilindro pela válvula de admissão e os produtos da combustão são expelidos do cilindro por meio da válvula de descarga O volume mínimo formado no cilindro quando o pistão está no PMS é chamado de espaço morto O volume deslocado pelo pistão à medida que ele se movimenta entre o PMS e o PMI é chamado de volume deslocado A relação entre o volume máximo formado no cilindro e o volume mínimo morto é chamada de razão de compressão r do motor Outro termo muito usado em motores alternativos é a pressão média eficaz PME Essa é uma pressão fictícia que se agisse sobre o pistão durante todo o curso ou tempo motor produziria a mesma quantidade de trabalho líquido que a produzida durante o ciclo real A pressão média eficaz pode ser usada como parâmetro para comparar o desempenho de motores alternativos de igual tamanho O motor com maior PME produz mais trabalho líquido por ciclo e portanto tem melhor desempenho Os motores alternativos são classificados como motores de ignição por centelha ou motores de ignição por compressão dependendo de como é iniciado o processo de combustão no cilindro Nos motores de ignição por centelha a combustão da mistura de ar e combustível é iniciada por uma vela de ignição Nos motores de ignição por compressão a ignição da mistura de ar e combustível é resultado da compressão da mistura acima da temperatura de autoignição CICLO OTTO O CICLO IDEAL DOS MOTORES DE IGNIÇÃO POR CENTELHA Na maioria dos motores de ignição por centelha o pistão executa quatro cursos completos dois ciclos mecânicos dentro do cilindro e o eixo de manivelas realiza duas revoluções para cada ciclo termodinâmico Esses motores são chamados de motores de combustão interna de quatro tempos Motores de dois tempos Todas as quatro funções descritas anteriormente são executadas apenas em dois tempos o tempo motor e o tempo de compressão Nesses motores o cárter é vedado e o movimento para baixo do pistão é utilizado para pressurizar ligeiramente a mistura de ar e combustível no cárter As válvulas de admissão e descarga são substituídas por aberturas na parte inferior da parede do cilindro Durante a última parte do tempo motor o pistão descobre primeiro a janela de exaustão permitindo que os gases de exaustão sejam parcialmente expelidos e em seguida a janela de admissão permitindo que a mistura de ar e combustível entre e expulse a maior parte dos gases de exaustão restantes do cilindro Em seguida essa mistura é comprimida à medida que o pistão se move para cima durante o tempo de compressão e logo em seguida a ignição é realizada por uma vela Ciclo Otto ideal 12 Compressão isentrópica 23 Fornecimento de calor a volume constante 34 Expansão isentrópica 41 Rejeição de calor a volume constante O ciclo Otto é executado em um sistema fechado e desprezando as variações das energias cinética e potencial o balanço de energia dos processos é expresso por unidade de massa a eficiência térmica do ciclo Otto ideal sob as hipóteses do padrão a ar frio Os processos 12 e 34 são isentrópicos e v2 v3 e v4 v1 Assim 𝑟 a razão de compressão e 𝑘 é a razão dos calores específicos cp cv 𝑇3 𝑇2 𝑇4 𝑇1 A eficiência térmica do ciclo Otto ideal aumenta com a razão de compressão e com a razão dos calores específicos Um gráfico da eficiência térmica em função da razão de compressão é mostrado na Fig para k 14 que é o valor da razão dos calores específicos do ar a temperatura ambiente Para determinada razão de compressão a eficiência térmica de um motor com ignição por centelha real é menor do que a de um ciclo Otto ideal devido a irreversibilidades como atrito e outros fatores como a combustão incompleta A relação de compressão em um ciclo padrão a ar Otto é 10 No início do curso de compressão a pressão é igual a 01 MPa e a temperatura é 15 C Sabendo que a transferência de calor ao ar por ciclo é igual 1 800 kJkg de ar determine 1 A pressão e a temperatura no estado final de cada processo do ciclo 2 O rendimento térmico 3 A pressão média efetiva Um ciclo Otto ideal tem uma razão de compressão igual a 8 No início do processo de compressão o ar está a 100 kPa e 17 C e 800 kJkg de calor são transferidos para o ar durante o processo de fornecimento de calor a volume constante Considerando a variação dos calores específicos do ar com a temperatura determine a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido c a eficiência térmica e d a pressão média eficaz do ciclo Processo 12 compressão isentrópica de um gás ideal Processo 23 fornecimento de calor a volume constante Processo 34 expansão isentrópica de um gás ideal Processo 41 rejeição de calor a volume constante b O trabalho líquido do ciclo c A eficiência térmica do ciclo Sob as hipóteses de padrão a ar frio valores de calores específicos constante à temperatura ambiente d A pressão média eficaz Termodinâmica Aplicada Avaliação A1 20232 Resolva de cada uma das questões explicando som suas próprias palavras a solução Solução sem explicação será penalizada com perda de 05p em cada questão Coloque as unidades no desenvolvimento da solução Solução sem unidades terá perda de 05p em cada questão A solução deverá ser obrigatoriamente a caneta caso contrário será penalizado com perda de 5p cinco pontos Entrega 28092023 Entrega posterior a esta data será penalizada com a perda de 3 pontos na nota da A1