Aula 15 - Ciclos Padrão Diesel

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MÁQUINAS DE 
COMBUSTÃO INTERNA
Engenharia Mecânica/ Faculdade SATC
Profª: Eng. Mec. Adelor Felipe da Costa
• Engenheiro Mecânico: Faculdade SATC/2013.
• Mestrando em Engenharia Metalúrgica: UFRGS/2017.
Ciclo de
Ar-Padrão Diesel
Aula 6 – Ciclos Diesel, Otto e Sistemas de Cogeração – Parte I
ANÁLISE DE SISTEMAS TÉRMICOS
 O ciclo de ar-padrão Otto é um ciclo ideal que considera que a
adição de calor ocorre enquanto o pistão se encontra no ponto
morto superior. a volume constante.
 O ciclo de ar-padrão Diesel é um ciclo ideal que considera
que a adição de calor ocorre durante um processo a
pressão constante que se inicia com o pistão no ponto
morto superior.
Aula 6 – Ciclos Diesel, Otto e Sistemas
ANÁLISE DE SISTEMAS TÉ
de Cogeração – Parte I
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 Processo 1-2: compressão isentrópica conforme o pistão se
move do ponto morto inferior para o ponto morto superior.
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ANÁLISE DE SISTEMAS TÉ
de Cogeração – Parte I
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 Processo 2-3: transferência de calor (calor adicionado) a
pressão constante. Este constitui a primeira parte do curso de
potência.
p = const. 
heataddition
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ANÁLISE DE SISTEMAS TÉ
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 Processo 3-4: expansão isentrópica (segunda parte do curso de
potência).
p = const. 
heataddition
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ANÁLISE DE SISTEMAS TÉ
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 Processo 4-1: transferência de calor (calor rejeitado) pelo ar a
volume constante enquanto o pistão está no ponto morto
inferior.
p = const. 
heataddition
 Como os processos são internamente reversíveis, as áreas nos
diagramas p-v e T-s representam o trabalho e o calor
envolvidos, respectivamente.
Área interna = 
Trabalho 
líquido obtido
Área interna =
Calor líquido
absorvido
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 No ciclo de ar-padrão Diesel a adição de calor ocorre a pressão
constante.
 Consequentemente, o processo 2-3 envolve tanto trabalho quanto
calor. O trabalho é dado por:
ANÁLISE DO CICLO Ar-Padrão Diesel
3
2 3 22 pd = p ( − )m
W23 =
 O calor adicionado ao processo pode ser determinado aplicando
um balanço de energia para o sistema fechado:
m(u3 −u2 )= Q23 −W23
 Logo,
Q23
m
= (u3 − u2 )+ p (3 −2 )= h3 − h2
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 Como no ciclo Otto, o calor rejeitado no processo 4-1 é:
 A eficiência térmica é a razão entre o trabalho líquido do ciclo e 
o calor adicionado:
Q41 u4 u1
m
ANÁLISE DO CICLO Ar-Padrão Diesel
1 1
Wciclo m Q41 m u4 u1
mQ23 Q23 m h3 h2
 Assim, para calcular a eficiência térmica são necessários valores
de energia interna e entalpia, ou de outro modo, os valores das
temperaturas nos estados do ciclo.
 Para uma dada temperatura inicial T1 e taxa de compressão r, a
temperatura no estado 2 pode ser determinada pela relação
isentrópica:
 Para encontrar T3, observe que a equação de gás ideal simplifica-
se com p3 = p2, fornecendo:
ANÁLISE DO CICLO Ar-Padrão Diesel
vV 
v = v 2 = r1
r
r2 r1 V  1 
3 2 c 2
V
T 3 T rT
V2
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ANÁLISE DE SISTEMAS TÉRMICOS
 Devido que V4 = V1, a razão volumétrica para o processo
determinado com T3, T4determina-se a temperatura por
interpolação, uma vez que vr4 poderá ser determinado a partir da
relação isentrópica:
ANÁLISE DO CICLO Ar-Padrão Diesel
isentrópico 3-4 pode ser expressa como:
V4 V4 V2 V1 V2 r 
V3 V2 V3 V2 V3 rc
 Considerando a Equação anterior juntamente com o valor de vr3
r3vr4 vr3
V4 r v
V3 rc
V2
c
 onde rc é denominado razão decorte: r =
V3
 Agora, numa análise de ar-padrão frio, a expressão apropriada
para o cálculo de T2 é fornecida por:
ANÁLISE DO CICLO Ar-Padrão Diesel
k 1
rk 1
k 1 k 1
rc
T2 V1
T1 V2
T4 V3
T3 V4 r
k = cp/cv = constante
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ANÁLISE DE SISTEMAS TÉRMICOS
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Efeito da taxa de compressão no desempenho
 Assim como no ciclo Otto, a eficiência térmica do ciclo Diesel
aumenta com o aumento da taxa de compressão. Na base de ar-
padrão frio, a eficiência térmica pode ser expressa como:
( )
1
k 
c
c
r
r k−1
−1
 = 1−



 k r −1 
ANÁLISE DO CICLO Ar-Padrão Diesel
k = 1,4
Exemplo 1: Um ciclo padrão a ar Diesel apresenta relação de
compressão igual a 20 e o calor transferido ao fluido de trabalho,
por ciclo, é 1800kJ/kg. Sabendo que no início do processo de
compressão, a pressão é igual a 0,1MPa e a temperatura é 15 °C,
determine:
a) A pressão e a temperatura em cada ponto do ciclo.
b) O rendimento térmico.
c) A pressão média efetiva
Modelagem do Ciclo Diesel
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Fonte Bibliográfica
 ÇENGEL, Y.A. & BOLES, M.A., 2007. Termodinâmica.
São Paulo, SP: McGraw-Hill, 740p.
 MORAN, M.J. & SHAPIRO, H.N., 2009. Princípios de
Termodinâmica para Engenharia. Rio de Janeiro, RJ: LTC,
800p.
 HEYWOOD, J. Internal Combustion Engine Fundamentals,
1st ed., McGraw-Hill, 1988.