2 ciclos

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Ciclos 
Prof. Cesar Ricardo Weschenfelder 
Ciclos 
 
 Durante o funcionamento de um motor, o Fluido Ativo - 
FA é submetido a uma série de processos físicos e 
químicos, que se repetem periodicamente, dando origem 
ao chamado ciclo do motor. 
 
 Esse ciclo pode ser visualizado num diagrama p-v (pressão 
x volume), traçado por meio de um aparelho chamado 
“Indicador de Pressões”. 
Ciclos 
 A fim de facilitar o entendimento dos fenômenos 
envolvidos é usual que simplificações dos processos sejam 
feitas. 
 
 Essas simplificações são extremamente interessantes do 
ponto de vista didático ou mesmo para se ter previsões 
qualitativas, ou mesmo quantitativas, sobre o 
comportamento do motor, uma vez que o modelamento 
completo de todos os processos envolvidos seria muito 
complexo. 
Ciclos 
 Tais ciclos simplificados são introduzidos, dentro de 
hipóteses que os afastam mais ou menos da realidade, 
mas que possibilitam aplicações numéricas baseadas na 
teoria da Termodinâmica. 
 
 O estudo aprofundado dos ciclos fica à cargo dos estudos 
relacionados à termodinâmica. Ficando nesta disciplina a 
ênfase no estudo das características de funcionamento 
em relação aos ciclos. 
Ciclos 
 Funcionamento dos indicadores de pressão 
 
 Os ciclos reais dos motores podem ser descritos num 
diagrama p-v (pressão x volume), traçado por aparelhos 
denominados “Indicadores de Pressão”. 
Fundamentalmente esse aparelho constitui-se de um 
pequeno cilindro que é ligado ao cilindro do motor, do 
qual faz continuamente a tornada da pressão. 
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 No cilindro menor, um pequeno êmbolo assume 
movimentos de translação proporcionais à pressão 
existente no cilindro do motor, graças à uma mola 
calibrada. Os movimentos do êmbolo do aparelho são 
transmitidos ao traçador cuja ponta risca um gráfico 
sobre o tambor, que possui um movimento sincronizado 
com o pistão do motor ou o seu eixo. 
 
 O tipo de gráfico traçado depende do movimento do 
tambor que pode sofrer um movimento de vaivém em 
torno de seu eixo ou uma rotação contínua. 
Ciclos 
 O indicador mecânico apresenta algumas limitações que 
tornam seu uso satisfatório apenas para grandes motores 
de baixa rotação: 
 
• O volume de gases armazenado no cilindro menor do 
aparelho altera a taxa de compressão do motor; 
 
• Transmissão de vibrações do motor para o traçador; 
 
• Não ocorre o registro dos efeitos instantâneos, podendo 
deixar de indicar variações importantes da pressão em 
razão da inércia do sistema mecânico. 
Ciclos 
 De qualquer forma, o funcionamento do aparelho mostra 
didaticamente como seriam obtidos os diagramas reais 
dos ciclos dos motores. Nikolaus Otto em 1876, fazia uso 
de um indicador mecânico de pressões para avaliar a 
eficiência do seu invento. 
Ciclos 
 Os grandes motores (marítimos ou estacionários de 
baixa rotação podem ser, inclusive, equipados 
permanentemente com esse aparelho mecânico, de forma 
que, periodicamente, pode-se fazer uma observação do 
comportamento do ciclo do motor, para um possível 
diagnóstico preventivo. 
 
 Hoje os motores marítimos fazem uso da eletrônica para 
monitoramento da pressão de combustão. 
Ciclos 
 
 As limitações do indicador mecânico são superadas 
utilizando um “Indicador Eletrônico de Pressões”. 
 
 O elemento sensor compõe-se de um diafragma metálico 
cuja deformação é função da pressão do FA no cilindro 
do motor, a deformação é transmitida a algum elemento 
secundário que gera o sinal elétrico (exemplo: transdutor 
piezo elétrico). 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor Otto a 4 tempos 
 
 Esse diagrama representa o ciclo desse tipo de motor 
naturalmente aspirado, operando a plena carga e para que 
certos detalhes fossem visíveis, não foi traçado em escala, 
mas apenas esquematizado. 
 
 O diagrama representa o que seria observado no tambor 
do Indicador Mecânico de Pressões se ele tivesse um 
movimento de rotação (vaivém). 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor Otto a 4 tempos 
 Esse diagrama representa o 
ciclo desse tipo de motor 
naturalmente aspirado, 
operando a plena carga e 
para que certos detalhes 
fossem visíveis, não foi 
traçado em escala, mas 
apenas esquematizado. O 
diagrama representa o que 
seria observado no tambor 
do Indicador Mecânico de 
Pressões se ele tivesse um 
movimento de rotação 
(vaivém). 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor Otto a 4 tempos 
 Abaixo do eixo das 
abscissas (eixo dos 
volumes), foi representado 
o cilindro com o pistão nas 
posições de PMS e PMI, 
além de uma posição 
genérica intermediária do 
Curso. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor Otto a 4 tempos 
 (I)-(2) » Admissão: o pistão desloca-se do PMS ao PMI 
com a válvula de admissão aberta, de tal forma que o 
cilindro está em contato com o ambiente. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor Otto a 4 tempos 
 A pressão em seu interior 
mantém-se um pouco 
menor que a pressão 
atmosférica, dependendo da 
perda de carga no sistema 
de admissão, causada pelo 
escoamento da mistura 
combustível-ar (ou apenas 
ar no caso de injeção direta 
de combustível) succionada 
pelo movimento do pistão. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor Otto a 4 tempos 
 (2)-(3) – Compressão: fecha-se a válvula de admissão e a 
mistura confinada no cilindro é comprimida pelo pistão 
que se desloca do PMI ao PMS. A curva (2)-(3) indica uma 
diminuição do volume do FA e um consequente aumento 
da pressão. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor Otto a 4 tempos 
 Nota-se que, antes de se atingir o PMS, ocorre o salto da 
faísca e a pressão tem um crescimento mais rápido do 
que aquele que teria somente por causa da redução do 
volume provocada pelo pistão. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor Otto a 4 tempos 
 (3)-(4) – Expansão: tendo saltado a faísca no ponto (a), a 
pressão aumenta rapidamente em virtude da combustão 
da mistura. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor Otto a 4 tempos 
 O pistão, empurrado pela força da pressão dos gases, 
desloca-se do PMS ao PMI e com esse movimento o FA 
sofre um processo de expansão, isto é, um aumento de 
volume com consequente redução da pressão. Esse é o 
tempo do motor que produz um trabalho positivo - 
tempo útil. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor Otto a 4 tempos 
 (4)-(1) - Escape: no ponto (b), um pouco antes do PMI, 
abre-se a válvula de escape e os gases, por conta da alta 
pressão, escapam rapidamente até alcançar uma pressão 
próxima da atmosférica. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor Otto a 4 tempos 
 O pistão desloca-se do PMI para o PMS expelindo os 
gases queimados contidos no cilindro, e a pressão 
mantém-se ligeiramente maior que a atmosférica. 
Alcançado o PMS reinicia-se o ciclo. 
 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor Otto a 4 tempos 
 Note que, de posse desse diagrama, pode-se fazer analises 
do funcionamento do motor; por exemplo, que as áreas 
contidas entre os processos e o eixo dos volumes 
correspondem ao trabalho realizado. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor Otto a 4 tempos 
 A Figura representa 
qualitativamente o diagrama p 
- α de um MIF - 4T, traçado 
por um indicador mecânico 
de pressões, no qual o tambor 
gira continuamente. 
 Observe que cada ângulo α 
de rotação da manivela 
corresponde um certo 
volume do FA contido entre a 
cabeça do pistãoe o 
cabeçote. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor MIE a 4 tempos 
 (A) mostra o esboço de um 
diagrama p - V de um 
motor ciclo Diesel 
normalmente aspirado, 
traçado com um indicador 
de pressões cujo tambor 
tem um movimento de 
vaivém sincronizado com o 
movimento do pistão. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor MIE a 4 tempos 
 (B) mostra o diagrama p-α 
correspondente. Para efeito 
didático o diagrama foi 
traçado com alguns trechos 
acentuados em relação à 
realidade para que se 
possam ressaltar suas 
características. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor MIE a 4 tempos 
 (1)-(2) Admissão: a única diferença em relação à admissão 
do motor Otto é o fato de que o fluido admitido é 
apenas ar e não mistura combustível-ar. Evidentemente 
esse fato não é observável no ciclo indicado. 
 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor MIE a 4 tempos 
 (2)-(3) Compressão: realiza-se da mesma forma que no 
motor ciclo Otto, entretanto atinge-se uma pressão final 
mais elevada em decorrência da maior taxa de 
compressão necessária para se ultrapassar a TAI do 
combustível. No ponto (a) desse processo, inicia-se a 
injeção de combustível, antes mesmo do fim da 
compressão. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor MIE a 4 tempos 
 (3)-(4) - Combustão e Expansão: o combustível é injetado 
de forma controlada, desde (a) até (b). Por consequência 
dessa injeção controlada e da expansão simultânea, a 
pressão, que pela combustão deveria aumentar e pela 
expansão diminuir, mantém-se aproximadamente 
constante, formando um patamar no diagrama. 
Diagrama da variação de pressão de um 
motor MIE a 4 tempos 
 (4)-(1) Escape: processa-se exatamente da mesma forma 
que nos MIF. 
Comparativo 
 Comparativo das pressões nos picos!