Ciclo de Otto

Índice

Introdução..................................................................................................................................2

OBJECTIVOS............................................................................................................................3

Objectivo geral.......................................................................................................................3

Objectivo especifico...............................................................................................................3

Ciclos Termodinâmicos.............................................................................................................4

Ciclo de Otto..............................................................................................................................5

Ciclo de Otto teórico..............................................................................................................5

Motores de Ciclo de Otto.......................................................................................................6

Conclusão...................................................................................................................................8

Bibliografia................................................................................................................................9

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Ciclo de Otto

Introdução

Esse trabalho de pesquisa busca trazer informações sobre a historia do surgimento do ciclo de

Otto bem como o seu funcionamento. Na atualidade a grande maioria dos veículos movidos a

combustão interna partem do mesmo principio, o Ciclo de Otto, sendo assim se deve ter um

conhecimento para quem trabalha no ramo e também para noções sobre os processos

termodinâmicos em automóveis.

Ter esse conhecimento pode evitar descuidos com seus veículos assim evitando eventuais

acidentes.

O ciclo de Otto foi idealizado pelo engenheiro Frances Alphonse Beau de Roccchas em

1862. De forma independente foi implementado com sucesso pelo engenheiro alemão

Nikolaus Otto em 1876.

Motores desse ciclo equipam a maioria dos automóveis atualmente, é possível construir

motores menos poluentes e mais eficientes, maior complexidade, peso e volume. É um ciclo

termodinâmico onde um determinado gás executa repetidamente transformações, resultando

em trabalho, com aplicações em motores, turbinas, aquecimentos ou refrigeração.

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Ciclo de Otto

OBJECTIVOS

Objectivo geral

Conhecer os processos termodinâmicos;

Aplicar a primeira e segunda lei da termodinâmica.

Objectivo especifico

Descrever as transformações que ocorrem no ciclo de Otto;

Aprimorar conhecimentos acerca de motores que usam o ciclo de Otto.

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Ciclo de Otto

Ciclos Termodinâmicos

Um ciclo termodinâmico se constitui de qualquer série de processos termodinâmicos tais que,

ao transcurso de todos eles, o sistema regresse a seu estado inicial; ou seja, que a variação das

grandezas termodinâmicas próprias do sistema seja nula.

Um fato característico dos ciclos termodinâmicos é que a lei da conservação de energia dita

que: a soma de calor e trabalho recebidos pelo sistema deve ser igual à soma de calor e

trabalho realizados pelo sistema.

Um ciclo termodinâmico inverso busca o contrário do ciclo termodinâmico de obtenção de

trabalho. Aborta-se trabalho externo ao ciclo para conseguir que a transferência de calor se

produza da fonte mais fria a mais quente.

Na prática, ciclos termodinâmicos idealizados simples são geralmente compostos por

quatro processos termodinâmicos. A princípio, qualquer processo pode ser usado, no entanto,

quando ciclos idealizados são modelados, geralmente se mantém uma das variáveis de

instância constante, como nos seguintes processos: processo isotérmico (temperatura

constante), processo isobárico (pressão constante), processo isocórico (volume constante),

processo isotrópico (entropia constante) ou processo entalpico (entalpia constante).

Geralmente processos adiabáticos (onde não há troca de calor) também são usados.

Ciclo 1-2 2-3 3-4 4-1 Aplicações

Rankine adiabático isobárico adiabático isobárico Motor a vapor

Scuderi adiabático pressão e volume variáveis adiabático isocórico

Ciclos geralmente com Combustão interna:

Brayton adiabático isobárico adiabático isobárico Motor de jatos

Ciclo geralmente de combustão externa

Diesel adiabático isobárico adiabático isocórico

Lenoir isobárico isocórico adiabático Jatos de pulso

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Ciclo de Otto

Otto adiabático isocórico adiabático isocórico Motores a gasolina /

petróleo

Ciclo de Otto

Ciclo de Otto teórico

Este ciclo é um modelo teórico, que melhor representa o funcionamento de um motor de

combustão interna. O ciclo é composto por seis etapas representadas no diagrama P x V

(STONE, 1999), conforme figura.

Figura 3: Ciclo Otto teórico Fonte: Introduction to internal combustion engines, Richard

Stone.

Na etapa 0 – A ocorre admissão da mistura ar e combustível, ocorrendo compressão

adiabática até o ponto B. Do ponto B até o ponto C , ocorre o rápido aquecimento da mistura

a volume constante (processo isocórico). No ponto C até o ponto D, ocorre uma expansão da

mistura muito rápido, daí por isso não há tempo para troca de calor, ou seja, é um processo

adiabático. Na penúltima etapa, que compreende os pontos D e A, ocorre uma fuga da

mistura por processo isocórico. Na ultima etapa, que é representada no gráfico como, A – 0

ocorre expansão e expulsão dos resíduos.

O calor cedido e recebido ocorre em processos isocóricos, logo as quantidades de

calor cedidas e recebidas podem ser determinadas pelas equações:

Qq = Cv T1 − T4

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Ciclo de Otto

Qf = Cv T3 − T2

Nas transformações adiabáticas as relações são definidas pelas equações

T3V3 γ−1 = T4V4 γ−1

T3 = T4 V 4 γ−1V 3 γ−1

T3=T4Kγ−1

De maneira análoga, obtemos a relação para as temperaturas T1 e T2.

T2 = T1Kγ−1

Substituindo as equações, obtemos o rendimento em função da razão entre os volumes.

ε = 1− 1

K γ−1

Motores de Ciclo de Otto

O modelo ideal do ciclo de Otto é constituído por quatro processos reversíveis internamente:

Admissão isobárica

Compressão adiabática

Expansão adiabática

Exaustão isobárica

Motores de automóveis movidos a gasolina, álcool ou gás natural operam com base no ciclo

de Otto. Esse tipo de motor também é chamado de motor de quatro tempos uma vez que

ocorre num ciclo de 4 etapas: admissão, compressão, expansão e exaustão.

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Ciclo de Otto

1º - Admissão: nessa primeira fase, a válvula de admissão (entrada) está aberta e a válvula

de escape (saída) permanece fechada. O pistão se move de forma a aumentar o volume da

câmara de combustão, e a mistura de combustível com o ar entra no cilindro sob pressão

praticamente constante. Assim, diz-se que na fase de admissão ocorreu uma transformação

isobárica, ou seja, transformação sob pressão constante.

2º - Compressão: Agora as válvulas de admissão e de escape estão fechadas e o pistão

realiza um movimento rápido, comprimindo a mistura combustível. Com isso, ocorre um

aumento de pressão e uma diminuição do volume da mistura, simultaneamente. No fim dessa

etapa a pressão do sistema é cerca de 9 vezes a pressão atmosférica.

3º - Expansão: Nessa terceira etapa, as válvulas de admissão e escape continuam

fechadas, o pistão sobe e a vela (um dispositivo do motor) solta uma faísca, que provoca uma

explosão da mistura combustível. Por meio dessa queima, uma grande quantidade de energia

térmica é obtida e parte dessa energia será convertida em trabalho mecânico. Com o

fornecimento de calor, a pressão do sistema aumenta e o pistão é forçado violentamente para

baixo, de modo a aumentar o volume do cilindro.

4º - Exaustão: Por fim, no momento em que o pistão chega à posição de maior volume do

cilindro, a válvula de escape se abre e a de admissão continua fechada. Isso faz com que o gás

quente seja expulso da câmara de combustão, resfriando o sistema. Depois de ocorrer o

resfriamento, o pistão se movimenta no sentido de diminuir o volume da câmara de

combustão, conduzindo os resíduos da explosão para fora, que serão liberados pelo

escapamento.

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Ciclo de Otto

Conclusão

Ciclos termodinâmicos são a base de operação de motores de calor, que operam grande

parte dos veículos automotores.

Ciclos termodinâmicos podem ser divididos de acordo com o tipo de motor de calor que

eles desejam modelar. Os ciclos mais comuns são os que modelam motores de combustão

interna. O ciclo de Otto modela motores à gasolina.

Pelas pesquisas realizadas no âmbito de estudo de ciclo de Otto obteve-se um conhecimento

nos estudos que se notabilizou distinguir os pontos mais necessários para o funcionamento do

ciclo de Otto teórico, e motores do ciclo de Otto, proporcionando um estudo de comparação

entre o que ocorre realmente nos motores de automóveis com o que lhe é apresentado pela

teoria na forma de gráficos ou textuais da vida cotidiana, deixando assim um conhecimento

amplo do seu funcionamento para a geração vindoura.

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Ciclo de Otto

Bibliografia

Halliday,D., Resnick,R.,Walker,J.; Física, Vol. 2, Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio

de Janeiro, 1996

Tipler, P.A.; Física (Para Cientistas e Engenheiros), Vol.2 , Gravitação Ondas e

Termodinâmica, 3a Ed., Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1995

Gaspar, A.; Física, Vol. 2, Ondas, Óptica e termodinâmica, 2a Ed., Ática Editora S.A., São

Paulo, 2009

Chaves, A.; Física, Vol. 4, Sistemas Complexos e Outras Fronteiras, 1a Ed., Reichmann &

Affonso Ed.,2001.

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