Ciclos termodinâmicos

Os ciclos termodinâmicos são etapas realizadas por um sistema com a finalidade de adquirir trabalho ou de realizar trabalho sobre o sistema.  Cada motor tem um funcionamento diferente para se obter trabalho do sistema. Por exemplo, o ciclo que funciona no motor a diesel é diferente do ciclo do motor a gasolina ou álcool.  Os dois citados são diferentes do ciclo a vapor e estão distante de serem ciclos ideais.

Dentre os ciclos existentes, vamos nos ater aos ciclos de Otto e Diesel.

Ciclo de Otto

 Nikolaus August Otto, engenheiro alemão, foi responsável pelo projeto do motor de 4 tempos em 1876. Em 1886 teve sua patente anulada porque alguém já tinha tido a mesma ideia. Otto e mais dois irmãos não se deram por vencidos e fizeram protótipos do motor, onde conquistaram aceitação do mercado, por ter eficiência maior e mais silencioso que os concorrentes. Os primeiros modelos eram movidos a gás e alguns anos depois foram melhorados e passaram a ser de gasolina com admissão de ar.

Basicamente o ciclo é formado de quatro etapas:

→ AB – Processo de compressão adiabática;

→ BC – Processo de Aquecimento Isométrico de Calor;

→ CD – Processo de Expansão Adiabática;

→ DA – Processo de Rejeição Isométrica de Calor;

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O motor de combustão interna, a álcool ou a gasolina, é um exemplo típico do distanciamento entre a prática e a teoria. Dentre os elementos que fazem parte do motor, destacam-se necessários ao funcionamento as válvulas (que controlam a entrada e saída de ar ou produto da explosão), a vela que emite a faísca que dá início à explosão e no interior do motor o virabrequim que controla várias funções do motor como o acionamento das válvulas, a sincronia dos pistões e a transmissão de energia mecânica para a caixa de câmbio. 

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Corte lateral e a relação do processo detalhado no ciclo de Otto:

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Funcionamento de um motor tipo Otto

→ 1º Admissão: Nessa etapa a válvula de admissão permite a entrada, na câmara de combustão, de uma mistura de ar e combustível enquanto o pistão se move de forma a aumentar o espaço no interior da câmara.

→ 2º Compressão: Nesta o pistão se move de forma a comprimir a mistura, fazendo seu volume diminuir. Aqui ocorre uma compressão adiabática e em seguida a máquina térmica recebe calor numa transformação isocórica.

→ 3º Explosão: No término da compressão um dispositivo elétrico gera uma centelha que ocasiona a explosão da mistura ocasionando sua expansão.

→ 4º Exaustão: Quando a válvula de saída abre e permite a exaustão do gás queimado na explosão. A expansão adiabática leva a máquina ao próximo estado, onde ela perde calor e retorna ao seu estado inicial, onde o ciclo se reinicia.

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Os motores desse tipo não teem fontes quentes e frias explícitas. A fonte quente resulta do calor gerado na explosão do combustível enquanto a fria da substituição de uma fração do fluido de combustível quente e queimado por outra fria, a ser queimada e explodida.

Ciclo de Diesel

Rudolf Diesel patenteador de um motor à combustão de elevada eficiência, em 1900, demonstrou um motor movido a óleo de amendoim.

Formas de reaproveitamento do óleo de cozinha estão sendo estudadas, para a utilização do óleo combustível para motores movidos a Diesel. O óleo de cozinha auxilia a diminuir a emissão de poluentes em motores diesel, além de melhorar o desempenho dos lubrificantes internos do motor.

Funcionamento de um motor tipo Diesel

O ciclo de diesel é essencialmente caracterizado pela combustão ser causada pela compressão da mistura ar + combustível.