Ciclos operativos

Ciclos operativos

1.1 - CICLO A 4 TEMPOS,          1.1.1 - Teórico segundo A. BEAU DE ROCHAS.          1.1.2.- Real segundo N. AUGUST OTTO.   1.2 - CICLO DIESEL,

DEFINIÇÃO: •Chamamos de ciclo operativo as movimentações dos componentes básicos e do próprio fluído operante, necessárias  ao  funcionamento  autônomo  do  motor.

1.1 - Ciclo a 4 Tempos 1.1.1 - Teórico Em 1.862 Alphonse Beau de Rochas apresenta, em teoria, um  motor  alternativo  de  ciclo  a  4  tempos Grande diferença - acréscimo de um tempo específico para a  compressão  da  mistura  ar / combustível Em  1.872   tal  motor  foi  construído  experimentalmente

Ciclo teórico de Alphonse Beau de Rochas,   1º Tempo - Admissão •O pistão move-se do PMS ao PMI, •A abertura da válvula de admissão começa no momento em que o pistão inicia seu movimento de ‘descida’, •Ao atingir o PMI, a válvula de admissão fecha-se, concluindo o 1º tempo, •Neste momento, a árvore de manivelas descreveu um giro de 180º ou 1/2 volta.

2º Tempo - Compressão •O pistão move-se do PMI ao PMS, •Neste momento, a árvore de manivelas descreveu um giro de 180º ou 1/2 volta, completanto assim 1 volta ou 360º a partir do início.

3º Tempo - Expansão dos Gases •Ao final da compressão, o sistema elétrico provoca uma centelha, capaz de incendiar a mistura ar / combustível. •O pistão move-se do PMS ao PMI, •Quando o pistão atinge o PMI conclui-se o 3º tempo, •Neste momento, a árvore de manivelas descreveu um giro de 180º ou 1/2 volta, completando assim 1 1/2 voltas ou 540º a partir do início.

4º Tempo - Escapamento, exaustão ou descarga •O pistão move-se do PMI ao PMS, •A partir do PMI, a válvula de escapamento inicia sua abertura, •Ao atingir o PMS conclui-se o 4º tempo e o ciclo, fecha-se a válvula de escapamento, abre-se a de admissão, e inicia-se novo ciclo, •Neste momento, a árvore de manivelas descreveu um giro de 180º ou 1/2 volta, completando assim 2 voltas ou 720º a partir do início.

1.2 - Ciclo Diesel   •Motores de combustão espontânea •Criado por Rudolf Diesel, baseado no processo de combustão isobárica (pressão constante). •O motor pode ser construído tanto em ciclo de 2 e 4 tempos. •Suas principais características são:   –Admite apenas ar,   –O combustível é injetado ao afinal do tempo de compressão,   –A combustão ocorre face ao calor reinante no interior da câmara.

1º Tempo: Admissão •O pistão movimenta-se do PMS ao PMI. •Com a válvula de admissão aberta, o ar é forçado  a  entrar  no  interior  do  cilindro.

2º Tempo: Compressão e combustão •O pistão movimenta-se, do PMI ao PMS, comprimindo o ar admitido, •Ao final do tempo de compressão, um pouco antes do pistão atingir o PMS, o sistema de injeção de combustível injeta o óleo sob pressão no interior da câmara,

3º Tempo: Expansão •O pistão movimenta-se do PMS ao PMI, impulsionado pela força expansiva dos gases  resultantes  da  queima.

•4º Tempo: Escapamento •O pistão movimenta-se, do PMI ao PMS, a válvula de escapamento encontra-se aberta, •Ao atingir o PMS, a válvula de escapamento será fechada, a de admissão se abrirá para iniciar-se novo ciclo.

1.1 - Ciclo a 4 Tempos 1.1.1 - Real Também conhecido por Otto modificado, em homenagem a N. August Otto, que aperfeiçou as teorias dos motores a 4 tempos existentes, conseguindo o melhor rendimento para a época. Em 1.873, Christian Teithmann antecipou a abertura da válvula de admissão, baseando-se na teoria de Beau de Rochas. Seu motor obteve êxito rendendo 3/4 CV  a  200 rpm.   Otto aproveitou as modificações feitas por C. Teithmann acrescentando-lhe o seguinte:     - Retardou o fechamento da válvula de admissão em relação ao PMI,     - Antecipou a abertura e retardou o fechamento da válvula de escapamento,     - Adaptou um limitador de velocidade máxima ao motor.   Com todas as modificações efetuadas por Otto, em 1.876, seu motor atingiu grande êxito comercial, conferindo-lhe a marca de 35.000 unidades comercializadas em todo o mundo. O ciclo Real, é aquele onde considera-se as variações da pressão e do volume no interior do cilindro, medidas a partir de um motor em funcionamento.       

Ciclo Real a 4 Tempos   1º Tempo - ADMISSÃO •O pistão move-se do PMS ao PMI. •Como a válvula de admissão encontra-se ligeiramente aberta, desde o início do movimento descendente do pistão, ocorre a queda de pressão no interior do cilindro, •conforme pode-se notar no gráfico, a curva da pressão interna (azul) que liga os pontos AB, encontra-se abai- xo  da  linha  da  pressão  atmosférica. •Considerando-se que a mistura ar / combustível está submetida à pressão atmosférica, sua entrada no cilindro ocorre desde o início do movimento do  pistão.

2º Tempo - COMPRESSÃO •O pistão move-se do PMI ao PMS. Como a válvula de admissão  ainda encontra-se ligeiramente aberta, mesmo com o início do movimento ascendente do pistão, a mistura ar/combustível continua entrando para o interior do cilindro, este fenômeno ocorre devido à Lei de Inércia das Massas em Movimento; no caso, aplica-se à mistura ar/combustível  que  encontra-se  em  alta  velocidade. •A partir do fechamento completo da válvula de admissão, a pressão começa a subir conforme pode-se notar no gráfico. A curva da pressão interna que liga os pontos BC apresenta uma linha ascendente, proporcional  ao  movimento  do  pistão.

2º Tempo - COMPRESSÃO •O pistão move-se do PMI ao PMS. Como a válvula de admissão  ainda encontra-se ligeiramente aberta, mesmo com o início do movimento ascendente do pistão, a mistura ar/combustível continua entrando para o interior do cilindro, este fenômeno ocorre devido à Lei de Inércia das Massas em Movimento; no caso, aplica-se à mistura ar/combustível  que  encontra-se  em  alta  velocidade. •A partir do fechamento completo da válvula de admissão, a pressão começa a subir conforme pode-se notar no gráfico. A curva da pressão interna que liga os pontos BC apresenta uma linha ascendente, proporcional  ao  movimento  do  pistão.

3º Tempo - EXPANSÃO DOS GASES •O pistão move-se do PMS ao PMI. •Observa-se através da curva C1-C2 que, mesmo com o início do movimento descendente do pistão, a pressão continua subindo face aos efeitos expansivos dos gases, provocado pela alta temperatura reinante no interior da câmara,   após os últmos momentos de crescimento da pressão interna, os gases expandem-se movendo o pistão para ‘baixo’ provocando, proporcionalmente ao movimento, a queda da pressão, conforme observa-se na curva C2-D1. •Há de se considerar que a curva C-C1-C2, demonstra o tempo de queima da mistura, que não ocorre de maneira instantãnea. •O tempo de expansão também é chamado de Tempo Motor,  Tempo  de  Força  ou  Tempo  Ativo.

3º Tempo - EXPANSÃO DOS GASES •A partir do ponto D1, inicia-se as modificações teóricas introduzidas por N. A. Otto, ou seja, a antecipação do momento de abertura da válvula de escapamento, antes que o pistão atinja o Ponto Morto Inferior, considerando-se que a força expansiva dos gases já foi absorvida o máximo possível até a metade do curso do pistão, podendo-se então descomprimir o cilindro sem que haja prejuízo no rendimento, o que realmente ocorre ao observarmos na curva D1-D2 a rápida queda de pressão. •Outro aspecto a ser observado é que, mesmo estando a válvula de escapamento aberta, ainda persiste uma pequena pressão no interior do cilindro, à qual damos o nome de pressão residual.

4º Tempo - ESCAPAMENTO •O pistão delosca-se do PMI ao PMS. •Considerando-se que a válvula de escapamento encontra-se aberta, a ‘subida’ do pistão não encontrará maiores resistências, reduzindo assim perdas da energia produzida no tempo de expansão. •Durante a ‘subida’ do pistão, a pressão no interior do cilindro é praticamente constante, conforme pode-se observar na curva D2-D3. •No ponto D3 inicia-se a abertura da válvula de admissão, proposta por Christian Teithmann,    considerando-se   que    a     válvula    de   escapamento encontra-se  em  movimento  de  fechamento,   as  duas passam  a  ficar  abertas  simultâneamente.

FINAL / INÍCIO DO CICLO •Conforme vimos, no ponto D3 inicia-se a abertura da válvula de admissão, com o pistão ao término do tempo  de  escapamento. •Quando o pistão atinge o PMS, a biela muda de quadrande possibilitando seu retorno ao PMI, fazendo assim o tempo de admissão  novamente. •Será durante a ‘descida’ do pistão que a válvula de escapamento completará seu fechamento, mais especificamente  no  ponto  A1. •Portanto, a curva entre os pontos D3-A1, acontece com as válvulas abertas simultâneamente. A este fato chamamos de cruzamento ou balanço das válvulas.

CONCLUSÃO •O ciclo Real Otto demonstra, através do gráfico ‘pv’, o aproveitamento útil do volume da mistura, considerando-se suas variações. •Desta forma, o rendimento do motor pode ser representado graficamente pela área formada pelos pontos ‘ E - C - C1 - C2 - D1 - E ’, respectivamente, logicamente haverão perdas, principalmente em função da dissipação térmica que estudaremos mais adiante.