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Ciclo diesel
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7/17/2019 Ciclo Diesel
http://slidepdf.com/reader/full/ciclo-diesel-568e07528f54c 1/11
02/03/2015
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Sistemas Fluidotérmicos
Ciclo Diesel
(Motores de ignição
espontânea)
Motor diesel CRD de injeção direta de 2,7
litros, Jeep Grand Cherokee 2003Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Ciclo Diesel
Em 1892 Rudolph Diesel idealizou um novomotor com ignição espontânea, chamado atéhoje de motor Diesel.
Combustível Diesel
Contém grande quantidade de hidrocarbonetoscom ponto de ebulição que variam de 180oC a370oC. Ele é o produto da destilação graduada deóleo cru. As refinarias adicionam produtoscraqueados, derivados do óleo pesado atravésdo craqueamento (quebra) das moléculas para aconversão ao combustível Diesel cru.
(Bosch, Manual de Tecnologia Automotiva, tradução da 25ª edição alemã, Ed.Edgard Blücher, 2005 ).
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
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Ciclo Diesel
Motor Diesel
É um motor com pistão alternativo com formação interna demistura e auto-ignição.Durante o tempo de compressão o ar (admitido) é comprimido para30....55bar em motores aspirados normais, ou 80...110bar (motoressobrealimentados) de modo que a temperatura aumente para700oC....900oC. Essa temperatura é suficientepara produzir a auto-ignição no combustível injetado nos cilindros pouco antes do finaldo tempo de compressão, quando o pistão atinge o ponto mortosuperior (PMS, ou TDC – centro morto superior).
(Bosch, Manual de Tecnologia Automotiva, tradução da 25ª edição alemã, Ed.
Edgard Blücher, 2005 ).Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Ciclo Diesel
Motor Diesel
Comportamento da pressão no ciclo Diesel
Admissão
Compressão
Injeção
Explosão e
Expansão
Descarga
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
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Ciclo Diesel
Tempo Posição dasválvulas
Variação da Pressão Processo
A D
Admissão A F Pressão constante. igual a pressão
atmosférica
a – b
Compressão F F A pressão aumenta de forma progressiva até
o PMS, adiabaticamente
b – c
Injeção F F Injeção à pressão constante (supostamente
instantânea)
c – d
Explosão e
Expansão
F F A pressão diminui de forma progressiva até
o PMI, adiabaticamente
d – e
Descarga F A A pressão diminui de forma brusca a volume
constante (supostamente instantânea)
e – b
F A A pressão se iguala a Patm b - a
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
DIFERENÇAS ENTRE O CICLO
OTTO E O CICLO DIESEL
Sob o ponto de vista mecânico
Não existem grandes diferenças entre esses dois tipos demotores. Destaca-se a resistência mecânica dos componentesque é bem maior nos motores a Diesel pois estão expostos amaiores esforços
(Bosch, Manual de Tecnologia Automotiva, tradução da 25ª edição alemã, Ed.Edgard Blücher, 2005 ).Profa. Dra. Simoni M. Gheno
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DIFERENÇAS ENTRE O CICLO
OTTO E O CICLO DIESEL
Sob o ponto de vista termodinâmico
(Bosch, Manual de Tecnologia Automotiva, tradução da 25ª edição alemã, Ed.
Edgard Blücher, 2005 ).
Ciclo Otto Ciclo Diesel
a mistura é introduzida na fase deadmissão na correta proporção arcombustível
admissão somente de ar
início da combustão se dá pela injeção deuma faísca de alta tensão lançada pelavela de ignição,
injeção do combustível finamentepulverizado
Taxa de compressão varia de 8 a 12 Taxa de compressão varia de 14 a 23
Maiores rotação que o Diesel A introdução do combustível no finalda compressão, não disponibilizatempo suficiente para a ocorrência deuma combustão completa
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Ciclo Diesel
Rendimento () - pode sercalculado considerando-se aquantidade de calorintroduzido (Q cd) e aquantidade de calor retirado(Q eb) do sistema
mQ
mQ
-1
mQ
mQ
mQ
mQ
mW
cd
eb
cd
ebcd
cd
ciclo
beeb
cdcd
uuQ
hhQ
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Ciclo Diesel
Taxa de compressão (r)
rc
rb
c
b
v
v
v
v r
Razão de corte (rc ):razão entre o volume antese depois do o processode combustão
b
c
b
c
T
T
v
v
cr
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Ciclo Diesel
Pressão média efetiva
)
V
V1(V
W
VV
W me
1
21
ciclo
21
ciclo
P
1
11
P
RT V
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Ciclo Diesel
Quando o ciclo Diesel é analisado em uma base de ar-padrão frio,as seguintes expressões devem ser utilizadas para o processoisentrópico
cte)(k r V
V
T
T 1-k
1-k
c
b
b
c
c
dc
c
1-k 1-k
e
d
d
e
VV
r
:cortederazãoaér
compressãodetaxaaér
cte)(k
r V
V
T
T
c
r
v
p
c
ck
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
ExemploUm projeto de motor de combustão interna a diesel de ar padrão indica que apressão e a temperatura no início da compressão são 95kPa e 300K,respectivamente. Ao final da adição de calor, a pressão é 7,2MPa e atemperatura 2150K. Determine:a) taxa de compressãob) razão de corte
c) eficiência térmica do ciclod) pressão média efetiva, em kPa
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Exemplo
Determinando as propriedades em cada ponto:
Ponto 1: T1=300K, P1=95kPaCom esses dados extraímos da tabela as propriedades:u1=214,07kJ/Kg, vr1=621,2, Pr1=1,3860
Ponto 2: Podemos agora calcular Pr2:
Com o valor de Pr2 podemos calcular as proriedades do ponto 2:T2=979,6K, vr2=26,793, h2=1022,82kJ/Kg
04,10595
72003869,1
P
PPP
1
2r1r2
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Exemplo
Ponto 3: T3=2150K, P1=7200kPaCom esses dados extraímos da tabela as propriedades:h3=2440,37kJ/Kg, vr3=2,175
Ponto 4:
6,102150
979,6.
26,793
621,2
T
T.
v
v
T
T.
v
v
v
v.
v
v
v
v
3
2
r2
r1
3
2
2
1
3
2
2
1
3
4
98,22v.v
vv r3
3
4r4
Com esses dados extraímos da tabela as propriedades:T4=1031K e u4=785,75kJ/Kg
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Exemplo
(a) Razão de compressão19,23
26,795
621,2
v
v
v
v
r2
r1
2
1 r
(b) Razão de corte
19,2979,6
2150
T
T
v
v
2
3
2
3 cr
(c) Eficiência térmica
)h()u()h(
mQ
m
W
23
1423
cd
ciclo
h
uh
59,7%ou0,597)82,1022440,32(
)07,21485,757()82,1022440,32(
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Exercício
Considere então um problema atual do ciclo diesel de ar padrão cujascondições no início da compressão são fixadas por P1=200kPa, T1=380K. Ataxa de compressão é 20 e a adição de calor por unidade de massa é900kJ/Kg. Considere a expansão isentrópica V4/V3=12,08. Determine:a) temperatura máxima, em K (Resposta: 1879,5K)b) razão de corte (Resposta: 1,66)
c)trabalho líquido por unidade de massa, em kJ/Kg (Resposta: 543,5kJ/kg)d) eficiência térmica (Resposta: 0,604)e)pressão média efetiva (Resposta: 1049kPa)Utilize a Tabela a seguir para auxiliá-lo a resolver o problema.
T (K) h (kJ/Kg) u (kJ/Kg) S (kJ/Kg.K) Pr vr
380 380,77 271,69 1,94001 3,176 343,4
840 866,08 624,95 2,77170 57,60 41,85
860 888,27 641,40 2,79783 63,09 39,12
1120 1184,28 862,76 3,09825 179,7 17,886
1140 1207,57 880,35 3,11883 193,1 16,946
1850 2065,3 1534,9 3,7023 1475 3,601
1900 2127,4 1582,6 3,7354 1655 3,295Profa. Dra. Simoni M. Gheno
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)V
V1(V
W
VV
W me
1
21
ciclo
21
ciclo
P
1
11
P
RT V
R=8,314kJ/KgK
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Diferenças fundamentais entre motores
Ciclo Otto e Ciclo Diesel
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Introdução do Combustível
Ciclo OttoMistura é introduzida já homogeneizada edosada
Exceção: motores de injeção direta decombustível (GDI)
Ar é admitido e a injeção do
combustível é feitadiretamente no interior docilindo
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Introdução do Combustível
Ciclo Diesel (MIE)Admite-se apenas o ar
Combustível é injetado finamente pulverizado aofinal da compressão
Faz com que seja necessárioum sistema de injeção deelevada pressão
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Ignição
MIFIgnição é provocadapela faísca (necessitade um sistemaelétrico para produzí-la
MIECombustão ocorre
por autoignição(contato do ar quente
com o combustível)
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Taxa de Compressão
MIFRelativamente baixas
para não provocar aautoignição
MIEAlta o suficiente para
ultrapassar atemperatura deautoignição do
combustível (TAI)
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