Ciclo de Otto: diferenças entre revisões

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{{Mais notas|data=fevereiro de 2017}}
O '''ciclo de Otto''' é um [[ciclo termodinâmico]] idealizado que descreve o funcionamento de um típico [[Motor de combustão interna|motor]] de [[pistão]] de [[Sistema de ignição|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 [[Automóvel|automóveis]].
{{Info/Objeto|imagem=4StrokeEngine Ortho 3D.gif|legenda={{Big|
 
OEste ciclo de Otto é uma descrição do que acontece com uma massa de [[gás]] submetida a trocas de [[calor]] e variações de [[pressão]], [[temperatura]] e [[volume]]. 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 (motor)|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 [[trabalhoTrabalho (física)|trabalho]] líquido suficiente para impulsionar um automóvel e seus ocupantes.
'''1''' - Admissão.
 
OTal ciclo Otto consiste em [[Transformação isentrópica|compressão isentrópica]] (em termodinâmica, a compressão onde a [[entropia]] do sistema permanece constante), 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.
'''2''' - Compressão.
 
== História ==
'''3''' - Combustão.
 
O [[motor]] de quatro-tempos foi primeiramente patenteado por [[Alphonse Beau de Rochas]] em 1861. <ref>{{citar periódico|ultimo=Busch|primeiro=Mike|data=|titulo="150-Year-Old Technology".|url=|jornal=Sport Aviation|doi=|url=|acessadoem=}}</ref> E antes, em aproximadamente 1854 – 57, foi espalhado [[boato]]sboatos de que dois italianos ([[Eugenio Barsanti]] e [[Felice Matteucci]]) teriam inventado um motor muito semelhante, mas a [[patente]] foi perdida.
'''4''' - Exaustão.}}}}
[[Ficheiro:Motor Otto (1900).jpg|ligação=https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Motor%20Otto%20(1900).jpg|miniaturadaimagem|331x331px|Propaganda do primeiro Motor Otto]]
O '''ciclo de Otto''' é um [[ciclo termodinâmico]] idealizado que descreve o funcionamento de um típico [[Motor de combustão interna|motor]] de [[pistão]] de [[Sistema de ignição|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 [[Automóvel|automóveis]].
A primeira pessoa a construir um motor de quatro tempos foi o engenheiro alemão [[Nicolaus Otto|Nikolaus Otto]].<ref>{{citar livro|título=Development of Piston Aero Engines|ultimo=Gunston|primeiro=Bill|editora=Patrick Stephens Ltd. p. 21|ano=1999|local=Sparkford, UK|páginas=|acessodata=}}</ref>, Uma partir da ideia de se utilizar benzeno como combustível datada de 1860. Seis anos depois, viria a ser desenvolvido um [[motor estacionário]] que utiliza uma mistura [[gás de carvão]] como combustível. 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. Com seu invento, Otto ganhou a medalha de ouro da Feira de Hannover de 1867, vindo a patentear seu invento, que, 19 anos depois teve a patente anulada devido ao "descobrimento" dos estudos de [[Alphonse Beau de Rochas]] na área dos motores de quatro tempos. No entanto, mesmo com o anulamento da patente, há evidencias de que Otto nunca tenha feito contato com Alphonse.
 
Mesmo após o anulamento da patente, Otto começou a fabricar seus motores em Köln, na Alemanha, vindo a se estabelecer na Filadélfia, EUA, anos depois, produzindo os motores que ficaram conhecidos como "Ottos Columbianos".
O ciclo de Otto é uma descrição do que acontece com uma massa de [[gás]] submetida a trocas de [[calor]] e variações de [[pressão]], [[temperatura]] e [[volume]]. 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 (motor)|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 (física)|trabalho]] líquido suficiente para impulsionar um automóvel e seus ocupantes.
 
A empresa então fundada por Otto, a N.A. Otto & Cie., existe até hoje, porém atualmente com o nome de Deutz A.G. fabricando motores de diversos tamanhos, desde os estacionários, marítimos e automotivos.
O ciclo Otto no [[Diagrama PV|diagrama pressão x volume]] é construído a partir de:
 
O motor Otto se consagrou como a grande força motriz devido às suas vantagens em relação aos outros motores, especialmente o motor o vapor, que necessitava de grandes reservatórios de água e tinha baixo rendimento.
Parte superior e inferior do ciclo: um par de processos quase paralelos e isentrópicos (sem [[atrito]] e adiabática reversível).
 
Outro motor muito importante que bate de frente com o motor de Otto é o [[Motor Wankel|Motor Wankel.]]
Lados esquerdo e direito do ciclo: um par de processos [[isocórico]]s 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 quatro-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 [[boato]]s de que dois italianos ([[Eugenio Barsanti]] e [[Felice Matteucci]]) teriam inventado um motor muito semelhante, mas a [[patente]] foi perdida.
 
A primeira pessoa a construir um motor de quatro tempos foi o engenheiro alemão [[Nikolaus Otto]].<ref>{{citar livro|título=Development of Piston Aero Engines|ultimo=Gunston|primeiro=Bill|editora=Patrick Stephens Ltd. p. 21|ano=1999|local=Sparkford, UK|páginas=|acessodata=}}</ref> Um [[motor estacionário]] que utiliza uma mistura [[gás de carvão]] como combustível. 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 ==
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== Ciclos reais ==
 
[[Imagem:4-Stroke-Engine.gif|framed|right|Ciclo a quatro tempos]]
 
Os ciclos termodinâmicos associados às máquinas reais se diferem sensivelmente da idealização, já que os processos ocorrem apenas de forma aproximada à maneira descrita e que os motores estão suscetíveis a fenômenos não [[reversibilidade|reversíveis]] como o [[atrito]].
 
=== Ciclo mecânico ===
{{Info/Objeto|imagem=4StrokeEngine Ortho 3D.gif|legenda={{Big|
 
'''1''' - Admissão.
 
'''2''' - Compressão.
 
'''3''' - Combustão.
 
'''4''' - Exaustão.}}}}Se limitando para os motores a combustão interna de duas [[Válvula (motor)|válvulas]], nas quais, são ligadas ao [[Árvore de cames|comando de válvula]]. Uma delas tem a função é classificada como válvula de admissão (à direita na animação), que permite a introdução no cilindro de uma mistura gasosa composta por ar e combustível e outra classificada como válvula de escape (à esquerda na animação), que permite a expulsão para a atmosfera dos gases queimados, o ciclo de funcionamento de um motor de combustão a 4 tempos é o seguinte:
 
# Com o êmbolo (também designado por [[Pistão do Motor|pistão]]) no PMS (ponto morto superior) é aberta a válvula de admissão, enquanto se mantém fechada a válvula de escape. A dosagem da mistura gasosa é regulada pelo sistema de alimentação, que pode ser um [[carburador]] ou pela [[injeção eletrônica]], em que se substitui o comando mecânico destes sistemas por um eletrônico e conseguindo-se assim melhores prestações, principalmente quando solicitadas respostas rápidas do motor. O pistão é interligado a biela e esta por sua vez é interligada ao eixo de manivelas ([[virabrequim]]) impulsionado-o em um movimento de rotação. O pistão move-se então até ao PMI (ponto morto inferior). A este passeio do êmbolo é chamado o primeiro tempo do ciclo, ou tempo de '''admissão'''.