CICLO OTTO E DIESEL

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Ciclo Otto e
Ciclo Diesel
Prof. Felippe Celestino
Traçados dos ciclos reais
• Os ciclos reais dos motores podem ser descritos num diagrama p-V;
• É possível utilizar indicadores de pressão para descrever o ciclo real 
de um motor de combustão interna.
• Indicadores de pressão mecânicos podem ser utilizados para motores 
de baixa rotação.
• Atualmente utiliza-se indicadores eletrônico de pressão para traçados 
de pressão e até mesmo monitoramento da pressão de combustão, 
quando necessário
Indicador mecânico de pressão
Ciclos padrão ar
• Devido a complexidade dos processos :
• Processo de combustão;
• Efeitos de irreversibilidade;
• Mistura do fluido de trabalho;
• Trabalho na aspiração e exaustão;
• Algumas simplificações são realizadas:
• Fluido de trabalho: Ar puro como gás ideal;
• Os processos de expansão são isoentrópicos (adiabático e reversíveis);
• Não existe admissão e descarga (Quantidade fixa ar modelada como um ciclo, onde 
será retirado o calor por uma fonte fria);
• A combustão é substituído por uma transferência de calor por uma fonte externa;
• Associa-se o ciclo um ciclo real a um ciclo padrão ar que permita uma 
aplicação termodinâmica para poder tirar conclusões qualitativas e 
quantitativas.
Tabela de 
propriedades do ar 
como gás ideal
• Para calculo em um processo 
isoentrópico:
• Pressão relativa:
𝑃2
𝑃1
=
𝑃𝑟2
𝑃𝑟1
• volume relativo:
𝑣2
𝑣1
=
𝑣𝑟2
𝑣𝑟1
Motor Otto e o ciclo Otto
Ciclo Otto
• Iwwwwmagem 1-2: Compressão isoentrópica: Processo reversível com 
trabalho aplicado ao sistema. 
2-3: Processo isocórico: Apresenta transferência de calor 
para o sistema através de uma fonte quente (simulando 
a combustão) no PMS.
3-4: Expansão isoentropica: Processo reversível com 
trabalho realizado pelo sistema.
4-1: Processo isocórico: Calor rejeitado pelo sistema no 
PMI.
Ciclo Otto
• Processo isocórico:
𝐶𝑣 =
𝑑𝑢
𝑑𝑇
|𝑣 𝑐𝑡𝑒
Logo, para o processo 2-3:
𝑈3 − 𝑈2 = 𝑚 𝐶𝑣(𝑇3-𝑇2)
Através da primeira lei da termodinâmica:
∆𝑈 = 𝑈3 − 𝑈2 = 𝑄32 −𝑊32
𝑄23 = 𝑚 𝐶𝑣 (𝑇3-𝑇2)
Analogamente, no processo 4-1:
𝑄41 = 𝑚 𝐶𝑣 (𝑇4-𝑇1)
Ciclo Otto
• Processo isoentrópico:
𝑃𝑣𝑘 = 𝐶𝑡𝑒
Onde k = 𝐶𝑝/𝐶𝑣.
• Para o ar puro k=1,4.
Logo através da equação Pv=RT, são equações válidas para o processo 1-2:
𝑃2
𝑃1
=
𝑣1
𝑣2
𝑘
𝑇2
𝑇1
=
𝑣1
𝑣2
𝑘−1
𝑇2
𝑇1
=
𝑃2
𝑃1
𝑘−1
𝑘
Ciclo Otto
• Trabalho de um processo isoentrópico pode ser calculado através de:
𝑊12 = 𝑃𝑑𝑣
𝑊12 =
𝑃2𝑣2 − 𝑃1𝑣1
1 − 𝑘
• Os processos e o trabalho podem ser calculados analogamente para a expansão 
isoentrópica 3-4.
• Trabalho líquido do ciclo: 
𝑊𝑐 = 𝑊34 −𝑊12
• A área delimitada por 1-2-3-4-1 representa o trabalho realizado pelo ciclo;
• Através da primeira lei para o ciclo:
𝑊34 −𝑊12 = 𝑊𝑐 = 𝑄23 − 𝑄41
Ciclo Otto
• Eficiência térmica do ciclo:
𝑛𝑡 =
𝑊𝑐
𝑄23
𝑛𝑡 =
𝑄23 − 𝑄41
𝑄23
= 1 −
𝑄41
𝑄23
𝑛𝑡 = 1 −
𝑇4 − 𝑇1
𝑇3 − 𝑇2
𝑛𝑡 = 1 −
𝑇1
𝑇2
𝑇4
𝑇1
− 1
𝑇3
𝑇2
− 1
𝑛𝑡 = 1 −
𝑇1
𝑇2
𝑛𝑡 = 1 −
1
𝑟𝑣𝑘−1
Onde 𝑟𝑣 é a taxa de compressão.
Ciclo Otto
• É possível verificar que o aumento da 
taxa de compressão faz com aumente 
a eficiência do ciclo;
• A eficiência é interessante ate 
determinados valores onde o aumento 
da taxa de compressão não resulta em 
um aumento significativo da eficiência;
• Porém o aumento excessivo da taxa de 
compressão pode levar a autoignição 
do motores Otto (“batida de pino”).
𝑛𝑡 = 1 −
1
𝑟𝑣𝑘−1
Motor Diesel e o ciclo Diesel
Ciclo Diesel
1-2: Compressão isoentrópica: Processo reversível com 
trabalho aplicado ao sistema. 
2-3: Processo isobárico: Apresenta transferência de calor 
para o sistema através de uma fonte quente no PMS. É a 
diferença entre o ciclo Otto e Diesel
3-4: Expansão isoentropica: Processo reversível com 
trabalho realizado pelo sistema.
4-1: Processo isocórico: Calor rejeitado pelo sistema no 
PMI.
Ciclo Diesel
Analogamente ao ciclo Otto, temos:
• Processo isocórico 4-1:
𝑄41 = 𝑚 𝐶𝑣 (𝑇4-𝑇1)
• Processo isoentrópico 1-2 e 3-4:
𝑃𝑣𝑘 = 𝐶𝑡𝑒
𝑃2
𝑃1
=
𝑣1
𝑣2
𝑘
𝑇2
𝑇1
=
𝑣1
𝑣2
𝑘−1
𝑇2
𝑇1
=
𝑃2
𝑃1
𝑘−1
𝑘
Ciclo Diesel
• Pela primeira lei, o Processo isobárico 2-3:
(𝑈3-𝑈2) = 𝑄23-𝑊23
Porém:
𝑊23 = 𝑃𝑑𝑣 = 𝑃 𝑉3−𝑉2
Logo,
𝑄23 = 𝑈3 + 𝑃𝑉3)−(𝑈2 + 𝑃𝑉2 = 𝐻3 −𝐻2
Para um gas ideal:
𝐶𝑝 =
𝑑ℎ
𝑑𝑇
|𝑝 𝑐𝑡𝑒
Conclui-se que: 
𝑄23 = 𝑚𝐶𝑝(𝑇3 − 𝑇2)
Ciclo Diesel
• Eficiência térmica do ciclo:
𝑛𝑡 =
𝑊𝑐
𝑄23
𝑛𝑡 =
𝑄23 − 𝑄41
𝑄23
= 1 −
𝑄41
𝑄23
𝑛𝑡 = 1 −
𝑚𝐶𝑣(𝑇4 − 𝑇1)
𝑚𝐶𝑝 (𝑇3 − 𝑇2)
Então:
𝑛𝑡 = 1 −
𝑇1
𝑘𝑇2
𝑇4
𝑇1
− 1
𝑇3
𝑇2
− 1
É possível observar que para uma mesma taxa de compressão entre os ciclos Otto e Diesel, 
o ciclo diesel terá uma menor eficiência
Comparação entre ciclos reais com os ciclos 
teóricos
• Admissão e escape: Trabalho negativo da área entre os
dois, que normalmente é englobado no trabalho
perdido por atrito. Aumenta com o fechamento da
borboleta aceleradora.
• Perdas de calor: No ciclo teórico não existe perda de
calor nos processos isoentrópicos. Porém para a
expansão normalmente haverá um gradiente de
temperatura grande.
• Tempo de combustão: É considerada instantânea no
ciclo Otto, porém a combustão leva um tempo e
começa a ser realizada antes do PMS, fazendo com que
apresente uma diferença de trabalho negativo na
compressão e positivo na expansão. É importante
escolher o ponto de ignição para maximizar essa área.
• Tempo de abertura da válvula de escape: A abertura da
válvula acontece antes do PMI com um tempo finito
(diferente do ciclo teórico).
Ciclo Misto
Na prática, nem o Otto funciona com combustão isocórica e o nem o Diesel 
funciona com combustão isobárica. O ciclo misto faz uma combinação entre 
os dois processos para melhor representar a combustão.
A combustão é dividida em 
dois processos:
2-3: Processo isocórico: 
Equivalente ao ciclo Otto.
3-4: Processo isobárico:
Equivalente ao ciclo Diesel.
Os outros processos 
permanece inalterado
Ciclo Misto
• Processo isocórico 2-3:
𝑄23 = 𝑚 𝐶𝑣 (𝑇3-𝑇2)
• Processo isobárico 3-4:
𝑄34 = 𝑚𝐶𝑝(𝑇3 − 𝑇2)
Lembrando que o calor dado para o ciclo Misto será:
𝑄𝐻 = 𝑄23+𝑄34
Eficiência térmica:
𝑛𝑡 =
𝑊𝐶
𝑄𝐻
= 1 −
𝑄𝐶
𝑄𝐻
= 1 −
𝑄51
𝑄23+𝑄34
Ciclo Otto
Um ciclo Otto padrão a ar tem uma taxa de compressão de 8:1. No início 
da compressão a temperatura é 27°C e a pressão é 100 kPa. O calor 
fornecido ao ciclo a razão de 3 MJ/kg. Para um ciclo de 4 Tempos com 
um motor 1.6 a 3600 rpm. Determine:
a) A eficiência térmica do ciclo
b) As propriedades p, T e v em cada ponto
c) A pressão media do ciclo
d) A potencia do ciclo
Ciclo Diesel
Um ciclo padrão ar diesel apresenta relação de compressão igual a 20 e 
calor transferido ao fluido por ciclo é 1800kJ/kg. Sabendo que no início 
do processo de compressão, a pressão é igual a 0,1 Mpa e a 
temperatura é 15°C determine:
a) A pressão e temperatura em cada ponto do ciclo;
b) O rendimento térmico;
c) Pressão média efetiva.