Ciclo de Otto: diferenças entre revisões

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{{Mais notas|data=fevereiro de 2017}}
Um ciclo Otto é um ciclo termodinâmico idealizado que descreve o funcionamento de um típico motor de pistão de ignição com faísca<ref>{{citar livro|título=Thermodynamic cycles : computer-aided design and optimization|ultimo=Wu|primeiro=Chih|editora=New York : M. Dekke|ano=2004|local=|páginas=|acessodata=}}</ref>. É o ciclo termodinâmico mais comum em motores de automóveis.
O '''Ciclo de Otto''' é um ciclo termodinâmico de quatro fases que teoriza o funcionamento de [[motor de combustão interna|motores de combustão interna]]. Foi definido por [[Beau de Rochas]] e implementado com sucesso pelo engenheiro [[Alemanha|alemão]] [[Nikolaus Otto]] em [[1876]], e posteriormente por [[Étienne Lenoir]] e [[Rudolf Diesel]]. {{Carece de fontes|cod1|cod2|codN|data=fevereiro de 2017}}
 
O ciclo Otto é uma descrição do que acontece com uma massa de gás submetida a mudanças de pressão, temperatura, volume, adição de calor e remoção de calor. A massa de gás sujeita a essas mudanças é chamada de sistema, logo o sistema, neste caso, é definido como o fluido (gás) dentro do cilindro. Ao descrever as mudanças que ocorrem dentro do sistema, também descreverá em inverso, o efeito do sistema sobre o meio ambiente. No caso do ciclo Otto, o efeito será produzir o trabalho líquido suficiente do sistema de modo a impulsionar um automóvel e seus ocupantes no meio ambiente.
A maioria dos motores a combustão interna são baseados neste ciclo e são encontrado na maioria dos [[automóvel|automóveis]] atuais. Este ciclo pode ser aplicado para a fabricação de motores a quatro tempos mais eficientes e menos poluentes em comparação aos [[motor a dois tempos|motores a dois tempos]], apesar do maior número de partes móveis, maior complexidade, peso e volume, comparando motores de mesma potência.
 
O ciclo Otto no diagrama pressão x volume é construído a partir de:
== O modelo ideal ==
 
[[Image:Otto PxV.png|thumb|250px|Diagrama Pressão X Volume]]
Parte superior e inferior do ciclo: um par de processos quase paralelos e isentrópicos (sem atrito e adiabática reversível).
[[File:Otto2.png|thumb|right|left|300px|Diagrama Temperatura-Entropia<br>
 
Lados esquerdo e direito do ciclo: um par de processos isocóricos paralelos (volume constante).
 
O processo isentrópico de compressão ou expansão implica que não haverá ineficiência (perda de energia mecânica) e não haverá transferência de calor para dentro ou para fora do sistema durante esse processo. Portanto, o cilindro e o pistão são assumidos adiabáticos durante esse tempo. O trabalho é realizado no sistema durante o processo de compressão isentrópica inferior. O calor flui no ciclo Otto através do processo de pressurização esquerdo e parte dele flui para trás através do processo de despressurização direto. O somatório do trabalho adicionado ao sistema mais o calor adicionado menos o calor removido produz o trabalho mecânico líquido gerado pelo sistema.
 
Os processos são descritos por<ref>{{citar livro|título=Fundamentals of Engineering Thermodynamics|ultimo=Moran|primeiro=Michael J., and Howard N. Shapiro|editora=Hoboken|ano=2008|local=|páginas=|acessodata=}}</ref>
* Processo 0-1 uma massa de ar entra no conjunto pistão / cilindro a pressão constante.
* O processo 1-2 é uma compressão adiabática (isentrópica) da carga à medida que o pistão se move do ponto morto inferior (PMI) para o ponto morto superior (PMS).
* Processo 2-3 é uma transferência de calor de volume constante para o gás de trabalho de uma fonte externa enquanto o pistão está no ponto morto superior. Este processo destina-se a representar a ignição da mistura combustível-ar e a subsequente queima rápida.
* Processo 3-4 é uma expansão adiabática (isentrópica).
* O processo 4-1 completa o ciclo por um processo de volume constante em que o calor é rejeitado do ar enquanto o pistão está no ponto morto inferior.
* Processo 1-0, a massa de ar é liberada para a atmosfera em um processo de pressão constante.
O ciclo Otto consiste em compressão isentrópica, adição de calor em volume constante, expansão isentrópica e rejeição de calor em volume constante. No caso de um ciclo Otto de quatro tempos, tecnicamente, existem dois processos adicionais: um para o escape de calor residual e produtos de combustão a pressão constante (isobárica) e outro para a ingestão de ar fresco rico em oxigênio também a pressão constante ; No entanto, estes são muitas vezes omitidos em uma análise simplificada. Mesmo que esses dois processos sejam críticos para o funcionamento de um motor real, em que os detalhes da transferência de calor e química de combustão são relevantes, para a análise simplificada do ciclo termodinâmico, é mais conveniente assumir que todo o calor residual é Removido durante uma única mudança de volume.
 
== História ==
 
O motor de quadro-tempos foi primeiramente patenteado por Alphonse Beau de Rochas em 1861. <ref>{{citar periódico|ultimo=Busch|primeiro=Mike|data=|titulo="150-Year-Old Technology".|jornal=Sport Aviation|doi=|url=|acessadoem=}}</ref> E antes, em aproximadamente 1854 – 57, foi espalhado boatos de que dois italianos (Eugenio Barsanti e Felice Matteucci) teriam inventado um motor muito semelhante, mas a patente foi perdida.
 
"A solicitação n º 700 do Volume VII do escritório de patentes do Reino do Piemonte.: Não temos o pedido de patente, apenas uma foto da tabela que contém um desenho do motor. Não sabemos ainda se foi uma nova patente ou uma extensão da patente concedida três dias antes, em 30 de dezembro de 1857, em Turim." f. Eugenio Barsanti e Felice Matteucci, 4 de junho de 1853 [4]
 
A primeira pessoa a construir um motor de quatro tempos foi o engenheiro alemão Nikolaus Otto [5].  Um motor estacionário que utiliza uma mistura gás de carvão como combustível [5]. Este princípio de quatro tempos hoje é comumente conhecido como o ciclo de Otto e motores de quatro tempos usando velas de ignição muitas vezes são chamadas motores Otto.
 
== O processo ==
[[Image:Otto PxV.png|thumb|250px|Diagrama Pressão X Volume]]O sistema é definido como a massa de ar que é extraída da atmosfera para dentro do cilindro, comprimida pelo pistão e aquecida pela faísca de ignição injetada pelo combustível, permitindo expandir a medida que comprime o pistão, e finalmente exaurir o ar de volta para a atmosfera. A massa de ar segue com seu volume, pressão e variação de temperatura durante as várias etapas termodinâmicas. O pistão é capaz de se mover ao longo do cilindro, o volume de ar muda de acordo com a posição do pistão no cilindro. Os processos de compressão e expansão do gás, induzido pelo pistão é ideal e reversível, isto é, nenhum trabalho útil é perdido pela turbulência ou pelo atrito, e nenhum calor é transferido de ou para o gás durante esses dois processos. A energia é adicionada ao ar, pela combustão do combustível. O trabalho útil é extraído pela expansão do gás no cilindro. Depois de completa a expansão no cilindro, o calor remanescente é extraído, e finalmente o gás é liberado para o meio ambiente. O trabalho mecânico útil é produzido durante a expansão do processo, e parte dele é usado para comprimir a massa de ar do ciclo seguinte. O trabalho útil mecânico produzido, menos o usado para o processo de compressão é o trabalho liquido obtido, que pode ser usado para propulsão ou para dirigir outras máquinas. Alternativamente o trabalho útil obtido é a diferença entre o calor adicionado e o calor removido[[File:Otto2.png|thumb|right|left|300px|Diagrama Temperatura-Entropia<br>
O diagrama idealizado de quatro estágios do ciclo de Otto:<br>
o estágio de admissão (0-1) é realizado por um processo [[Transformação_isobárica|isobárico]] de expansão, seguido por processo [[Transformação_adiabática|adiabático]] de
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O proprietário de um automóvel equipado com um motor 16 V. deve ficar atento ao tipo de óleo lubrificante que está usando, bem como o profissional que presta manutenção. Um motor 16 V. requer um profissional experiente neste tipo de Motor, é comum Mecânicos sem conhecimento alegarem que o motor é problemático, o que não é verdade, a verdade é que o motor devido a sua tecnologia exige conhecimento da parte do profissional. O prazo para troca do '''óleo''' e a troca da '''correia dentada''', estes indicados no manual do proprietário do automóvel, devem ser rigorosamente obedecidos para evitar uma quebra do motor e um gasto muito maior do que se teria realizando a manutenção correta do motor.
 
== Potência ==
A potência produzida pelo ciclo Otto é a energia desenvolvida por unidade de tempo. Os motores Otto são chamados de motores de quatro tempos. O curso de admissão e o curso de compressão requerem uma rotação do eixo de manivela do motor. O curso de força e o curso de exaustão requerem outra rotação. Para duas rotações, há um curso de geração de trabalho.
 
== Aumento do poder e da eficiência ==
A diferença entre as pressões de escape e de admissão e as temperaturas significa que um aumento da eficiência pode ser obtido pelo uso de um turbocompressor, retirando do fluxo de escape parte da energia restante é transferida para o fluxo de admissão para aumentar a pressão de admissão. Uma turbina a gás pode extrair energia de trabalho útil do fluxo de escape que pode então ser usada para pressurizar o ar de admissão. A pressão e a temperatura dos gases de escape serão reduzidas à medida que se expandem através da turbina a gás e esse trabalho é então aplicado ao fluxo de gás de admissão, aumentando sua pressão e temperatura. A transferência de energia equivale a uma melhoria da eficiência e a resultante densidade de potência do motor também é melhorada. O ar de admissão é tipicamente arrefecido de modo a reduzir o seu volume, uma vez que o trabalho produzido por um curso é uma função direta da quantidade de massa coletada no cilindro; Um ar mais denso produzirá mais trabalho por ciclo. Praticamente falando, a temperatura da massa de ar de admissão também deve ser reduzida para evitar a ignição prematura em um motor a gasolina; Portanto, um intercooler é usado para remover alguma energia como calor e assim reduzir a temperatura de admissão. Esse esquema aumenta a eficiência e a densidade de potência do motor.
 
A aplicação de um superalimentador accionado pela cambota aumenta a potência de saída (densidade de potência), mas não aumenta a eficiência, pois utiliza algum trabalho de rede produzido pelo motor para pressurizar o ar de admissão e não consegue extrair energia desperdiçada associada à Fluxo de escape a alta temperatura e pressão para o ambiente.
 
{{Referências}}3. Desenvolvimento de um Range Extender baseado num motor BMW K75 : transformação de ciclo Otto para ciclo Miller. Dissertação de mestrado. Pedro Joaquim Pereira dos Santos.Universidade de Minho - Escola de Engenharia.